WO2023232552A1 - Exhaust gas after-treatment device for a fuel cell arrangement - Google Patents

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WO2023232552A1
WO2023232552A1 PCT/EP2023/063761 EP2023063761W WO2023232552A1 WO 2023232552 A1 WO2023232552 A1 WO 2023232552A1 EP 2023063761 W EP2023063761 W EP 2023063761W WO 2023232552 A1 WO2023232552 A1 WO 2023232552A1
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WO
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exhaust gas
dehumidifier
switching
liquefier
water
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/063761
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German (de)
French (fr)
Inventor
Max WAGENBLAST
Jan Swoboda
Niels Petersen
Markus Pollak
Jürgen Köhler
Original Assignee
Man Truck & Bus Se
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Publication date
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    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
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    • H01M8/04164—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
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    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
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    • H01M8/04843—Humidity; Water content of fuel cell exhausts
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    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas aftertreatment device for a fuel cell arrangement, a drive device with the exhaust gas aftertreatment device, and a motor vehicle, in particular a commercial vehicle, with the drive device.
  • Fuel cell systems serve as drive systems for motor vehicles, usually use hydrogen, which is supplied to the anodes of the fuel cells, and oxygen from the ambient air, which is supplied to the cathodes of the fuel cells, to react to form water (steam) and thereby generate electrical energy.
  • the resulting water vapor (so-called product water) is mixed with the exhaust gas, i.e. H. with the unreacted hydrogen and in particular with the ambient air, which includes the unreacted oxygen.
  • the membrane between an anode side and a cathode side of the fuel cells has a certain level of moisture.
  • e.g. B. known to humidify the ambient air sucked in from the environment when supplied using a humidifier and thus introduce the required moisture into the fuel cells.
  • Well-known humidifiers are e.g. B. designed so that water vapor from the exhaust gas is transferred to the ambient air sucked in.
  • an exhaust gas aftertreatment device for a fuel cell arrangement includes an inlet, an outlet, an exhaust gas dehumidifier and an exhaust gas condenser.
  • the inlet can be fluidly connected to the fuel cell arrangement in order to receive an exhaust gas discharged from the fuel cell arrangement, in particular air enriched with water vapor and/or water.
  • the steam and/or the water is in particular water (and/or product water) generated during operation of the fuel cell arrangement.
  • the outlet is designed to release the exhaust gas after it flows through the exhaust gas aftertreatment device.
  • the exhaust gas dehumidifier is designed to remove water and/or water vapor from the exhaust gas.
  • the exhaust gas dehumidifier can be designed to remove a predetermined amount, in particular a predetermined mass flow, of water and/or water vapor from the exhaust gas.
  • the predetermined amount can e.g. B. depend on at least one operating condition, an operating point and / or at least one environmental condition of the fuel cell arrangement and / or the exhaust gas aftertreatment device. The removal of water and/or water vapor takes place in particular without condensation of the water vapor.
  • the exhaust gas dehumidifier can in particular be designed as part of a humidifier device and/or a moisture exchanger.
  • the humidifier device and/or the moisture transmitter can have a humidifier and/or be designed to transfer the water vapor removed from the exhaust gas and/or the water removed from the exhaust gas from the exhaust gas dehumidifier into the humidifier.
  • the exhaust gas liquefier is designed to liquefy water vapor and/or separate (liquefied) water from the exhaust gas.
  • the exhaust gas condenser can e.g. B. have at least one water condensation device and a water separator, which is preferably fluidically connected downstream of the water condensation device. The liquefaction of water vapor takes place in particular by means of condensation of the water vapor.
  • the water condensation device can z. B. be a gas-gas heat exchanger, in particular an air-air heat exchanger.
  • the liquefied and/or separated Water can e.g. B. can be collected for (further) use or at least fed to another device.
  • the liquefied and/or separated water can e.g. B. can be used as evaporative cooling water.
  • the exhaust gas dehumidifier and the exhaust gas condenser are fluidly connected in series.
  • the exhaust gas aftertreatment device further comprises a fluidic switching device for switching between at least two switching configurations of the exhaust gas dehumidifier and the exhaust gas condenser.
  • the switching configurations include a first switching configuration in which the exhaust gas condenser is fluidly connected upstream of the exhaust gas dehumidifier.
  • the switching configurations further include a second switching configuration in which the exhaust gas condenser is fluidly connected behind the exhaust gas dehumidifier.
  • the exhaust gas aftertreatment device is designed such that in the first switching configuration the exhaust gas first flows through the exhaust gas condenser and then the exhaust gas dehumidifier, and in the second switching configuration it first flows through the exhaust gas dehumidifier and then the exhaust gas condenser.
  • the present disclosure thus provides a switchable topology with which the order in which water (steam) is removed from the exhaust gas of the fuel cell arrangement can be changed.
  • a topology for the interconnection of an exhaust gas dehumidifier (or a humidifier device) and an exhaust gas condenser is proposed, which makes it possible, for example. B. depending on the operating point of the fuel cell arrangement and / or depending on environmental conditions, to remove liquid water from the exhaust gas before or after the exhaust gas dehumidifier and thus maximize the amount of water obtained without impairing the functionality of the exhaust gas dehumidifier (or the humidifier device).
  • An advantage of the first switching configuration is that water can be liquefied upstream of the flue gas dehumidifier using less (heat) energy.
  • the molar fraction and the total pressure of the water vapor in the exhaust gas before the exhaust gas dehumidifier is higher than after the exhaust gas dehumidifier, the exhaust gas dehumidifier usually being designed to remove a predetermined amount of water vapor from the exhaust gas.
  • the predetermined amount can depend on the system requirements of the fuel cell arrangement during operation, e.g. B. of at least one operating condition, an operating point and/or at least one environmental condition. This leads to an increased partial pressure and thus an increased relative humidity of the water vapor in front of the flue gas dehumidifier, so that the water vapor can condense in front of the flue gas dehumidifier with less heat dissipation.
  • the disadvantage is that the exhaust gas dehumidifier usually requires a certain partial pressure for dehumidification. If the exhaust gas dehumidifier is designed as part of a humidifier device, for example B. to humidify sucked air using the extracted water and/or water vapor, the humidifier requires a certain partial pressure difference of the water vapor from a dehumidifier side to a humidifier side of the humidifier device. Therefore, the amount of water that can be separated before the humidifier is limited.
  • An advantage of the second switching configuration is that the amount of water obtained is not limited by system requirements of the fuel cell arrangement during operation.
  • the present invention offers a topology that combines both position options of the exhaust gas dehumidifier and the exhaust gas condenser in a switchable manner.
  • the invention therefore leads to an increase in energy efficiency, a reduction in energy consumption, and a reduction in the additional cooling requirement, while at the same time ensuring that the membranes in the fuel cells are sufficiently moistened during operation.
  • the switching configurations can further comprise a third switching configuration, in which at least part of the exhaust gas can be guided past the exhaust gas condenser.
  • the third switching configuration is particularly advantageous in a transition area between the first and second switching configuration, that is, when switching between the first and second switching configuration due to changes in system requirements of the fuel cell arrangement, a switchover initially to the third switching configuration can result in an increased Water extraction using the exhaust gas condenser without impairing the functionality of the exhaust gas dehumidifier or the humidifier device.
  • a fourth switching configuration would also be conceivable, in which at least part of the exhaust gas can be guided past the exhaust gas dehumidifier.
  • a fifth switching configuration would also be possible, in which at least part of the exhaust gas only flows through the exhaust gas dehumidifier (and not the exhaust gas condenser) and another part of the exhaust gas only flows through the exhaust gas condenser (and not the exhaust gas dehumidifier).
  • the switching device can comprise a first line via which an outlet of the exhaust gas liquefier and an inlet of the exhaust gas dehumidifier can be fluidly connected.
  • a check valve can be arranged in the first line, which preferably prevents a flow in the direction of the exhaust gas condenser.
  • the switching device can comprise a second line via which an output of the exhaust gas dehumidifier and an inlet of the exhaust gas liquefier can be fluidly connected.
  • a check valve can be arranged in the second line, which preferably prevents a flow in the direction of the exhaust gas dehumidifier.
  • the switching device can comprise several, preferably at least three, (controllable) valve devices.
  • the plurality of valve devices can each be designed as a controllable directional control valve and/or a controllable changeover valve.
  • the plurality of valve devices can be controllable (and/or adjustable) in such a way that the exhaust gas in the first switching configuration first flows through the exhaust gas condenser, is led to the exhaust gas dehumidifier via the first line, and then flows through the exhaust gas dehumidifier.
  • the plurality of valve devices can also be controllable in such a way that the exhaust gas in the second switching configuration first flows through the exhaust gas dehumidifier, is led to the exhaust gas liquefier via the second line, and then flows through the exhaust gas liquefier.
  • the switching device can comprise a first valve device.
  • the first valve device can be arranged between the inlet and the exhaust gas dehumidifier and between the inlet and the exhaust gas condenser. Alternatively or additionally, the first valve device can be designed to separate a fluid connection between the inlet and the exhaust gas dehumidifier in the first switching configuration and to establish a fluid connection between the inlet and the exhaust gas condenser. The first valve device can be designed to establish the fluid connection between the inlet and the exhaust gas dehumidifier and to separate the fluid connection between the inlet and the exhaust gas condenser in the second switching configuration.
  • the first valve device thus offers an easy-to-implement option to either lead the exhaust gas first to the exhaust gas dehumidifier or to the exhaust gas liquefier and to remove water (steam) from the exhaust gas first using the exhaust gas dehumidifier or the exhaust gas liquefier.
  • the first valve device can further be designed to establish the fluid connection between the inlet and the exhaust gas dehumidifier in the third switching configuration, and to establish the fluid connection between the inlet and the exhaust gas condenser.
  • the first valve device thus offers a simple solution for leading part of the exhaust gas directly to the exhaust gas dehumidifier and at the same time another part of the exhaust gas directly to the exhaust gas liquefier.
  • the switching device can comprise a second valve device.
  • the second valve device can be arranged between the exhaust gas condenser and the outlet.
  • the second valve device can preferably also be arranged between the exhaust gas liquefier and the first line of the switching device.
  • the second valve device can be designed to separate a fluid connection between the exhaust gas liquefier and the outlet and to establish a fluid connection between the exhaust gas liquefier and the exhaust gas dehumidifier in the first switching configuration, and preferably in the third switching configuration.
  • the second valve device can be designed to establish the fluid connection between the exhaust gas liquefier and the outlet in the second switching configuration and to separate the fluid connection between the exhaust gas liquefier and the exhaust gas dehumidifier.
  • the second valve device thus offers an easy-to-implement option to lead the exhaust gas from the exhaust gas liquefier to the exhaust gas dehumidifier and to remove water (steam) accordingly with the exhaust gas dehumidifier, or to lead the exhaust gas directly to the outlet of the exhaust gas aftertreatment device after flowing through the exhaust gas liquefier.
  • the switching device can comprise a third valve device.
  • the third valve device can be arranged between the exhaust gas dehumidifier and the outlet.
  • the third valve device can preferably also be arranged between the exhaust gas dehumidifier and the second line of the switching device.
  • the third valve device can be designed to separate a fluid connection between the exhaust gas dehumidifier and the exhaust gas condenser in the first switching configuration, and preferably in the third switching configuration, and to establish a fluid connection between the exhaust gas dehumidifier and the outlet.
  • the third valve device can be designed to establish the fluid connection between the exhaust gas dehumidifier and the exhaust gas condenser in the second switching configuration and to separate the fluid connection between the exhaust gas dehumidifier and the outlet.
  • the third valve device thus offers an easy-to-implement option to lead the exhaust gas from the exhaust gas dehumidifier to the exhaust gas liquefier and to remove water (steam) accordingly with the exhaust gas liquefier, or to lead the exhaust gas directly to the outlet of the exhaust gas aftertreatment device after flowing through the exhaust gas dehumidifier.
  • the exhaust gas aftertreatment device can further comprise a control device which is designed to control the switching device for switching between at least two switching configurations of the exhaust gas dehumidifier and the exhaust gas condenser depending on at least one of the following conditions: at least one operating condition and / or an operating point of the
  • At least one environmental condition of the fuel cell arrangement and/or the exhaust gas aftertreatment device e.g. B. an ambient temperature and/or an ambient humidity; a total pressure of the exhaust gas when the exhaust gas enters the exhaust gas aftertreatment device; and or
  • a proportion preferably a molar proportion, a mass flow and/or a current density, of water vapor in the exhaust gas when the exhaust gas enters the exhaust gas aftertreatment device.
  • the conditions can be professionally determined through reference measurements, with the aim of achieving the greatest water recovery using the exhaust gas condenser, without impairing the functionality of the flue gas dehumidifier or the humidifier device.
  • the exhaust gas aftertreatment device can further comprise sensors for detecting the at least one condition.
  • the exhaust gas aftertreatment device can include a sensor device for detecting the total pressure and / or the current density, which z. B. is arranged upstream of the exhaust gas dehumidifier in the exhaust gas aftertreatment device.
  • a drive device for a motor vehicle in particular a commercial vehicle, (and/or a fuel cell system) is provided.
  • the propulsion device includes a fuel cell assembly and the exhaust aftertreatment device as disclosed herein.
  • the drive device can further comprise an intake tract, preferably a supply air side of a cathode path for the fuel cell arrangement, for providing air, in particular oxygen, for the fuel cell arrangement.
  • the drive device can further comprise an exhaust gas tract, preferably an exhaust gas side of the cathode path, for removing exhaust gas, in particular air enriched with water vapor and/or water, from the fuel cell arrangement.
  • the exhaust gas aftertreatment device can be designed as part of the exhaust tract.
  • the water (or water vapor) is usually generated on the cathode side of the fuel cell arrangement and discharged via the exhaust gas side of the cathode path. Accordingly, the water can be removed and further used in a particularly efficient manner by arranging the exhaust gas aftertreatment device on the exhaust gas side of the cathode path.
  • the exhaust gas dehumidifier can be designed as part of a humidifier device for transferring the water vapor extracted from the exhaust gas and/or the water extracted from the exhaust gas from the exhaust gas tract into the intake tract.
  • part of the water and/or water vapor generated can be used to sufficiently humidify the sucked in air and in this way to introduce the required moisture into the fuel cells.
  • the switching device can be designed to switch between the switching configurations depending on a partial pressure difference of the steam and/or water transferred by means of the humidifier device. A transfer of the steam and/or water is only possible from a predetermined partial pressure difference (depending on, for example, at least one operating condition and/or environmental condition).
  • a switch Below the predetermined partial pressure difference, a switch must be made to the second switching configuration. If the partial pressure difference is equal to or greater than the predetermined partial pressure difference, a switch must be made to the first switching configuration (or, in a transition region, initially to the third switching configuration).
  • a motor vehicle preferably a commercial vehicle, is provided with the drive device as disclosed herein and/or the exhaust gas aftertreatment device as disclosed herein.
  • Figure 1 is a schematic view of an exhaust gas aftertreatment device according to one
  • Figure 2 is a schematic view of the exhaust gas aftertreatment device with a representation of the first and second switching configurations
  • Figure 3 shows a schematic view of the exhaust gas aftertreatment device with a representation of the third switching configuration
  • Figure 4 curves of a mass flow of condensed water, which is separated in a water separator, as a function of a current density
  • Figure 5 is a schematic view of a drive device according to one
  • Figure 1 shows schematically an exhaust gas aftertreatment device 10 for a fuel cell arrangement 50.
  • the exhaust gas aftertreatment device 10 comprises an inlet 20, which can be fluidly connected to the fuel cell arrangement 50, and an outlet 30.
  • the exhaust gas aftertreatment device 10 further comprises an exhaust gas dehumidifier 12A for removing water and/or water vapor from the exhaust gas, and an exhaust gas liquefier 14 for liquefying and/or separating water from the exhaust gas.
  • the exhaust gas dehumidifier 12A can be designed as part of a humidifier device 12, wherein the water vapor removed from the exhaust gas and/or the water removed from the exhaust gas can be transferred from the exhaust gas dehumidifier 12A into a humidifier 12B of the humidifier device 12.
  • the exhaust gas liquefier 14 can have at least one water condensation device 14A and a water separator 14B, which is preferably fluidly connected downstream of the water condensation device 14A.
  • the exhaust gas aftertreatment device 10 further comprises a fluidic switching device 32, 34, 36, 38, 40 for switching between at least two switching configurations of the exhaust gas dehumidifier 12A and the exhaust gas condenser 14.
  • the switching configurations include a first switching configuration in which the exhaust gas condenser 14 is fluidly connected in front of the exhaust gas dehumidifier 12A, and a second switching configuration in which the exhaust gas condenser 14 is fluidically connected behind the exhaust gas dehumidifier 12A.
  • the switching configurations can further include a third switching configuration, in which at least part of the exhaust gas can be guided past the exhaust gas liquefier 14.
  • the exhaust gas dehumidifier 12A and the exhaust gas condenser 14 are expediently fluidly connected in series.
  • This series connection can in particular optionally be connected via a first line 32, via which an output of the exhaust gas condenser 14 and an inlet of the exhaust gas dehumidifier 12A can be fluidly connected, or via a second line 34, via which an output of the exhaust gas dehumidifier 12A and an inlet of the exhaust gas condenser 14 can be fluidically connected are, can be produced.
  • the switching device 32, 34, 36, 38, 40 can, in addition to the first line 32 and second line 34, include a first valve device 36, a second valve device 38 and a third valve device 40.
  • the valve devices 36, 38, 40 can, for. B. each be designed as a controllable directional control valve and / or a controllable switching valve.
  • the first valve device 36 may be arranged between the inlet 20 and the exhaust gas dehumidifier 12A and between the inlet 20 and the exhaust gas condenser 14.
  • the first Valve device 36 and the exhaust gas dehumidifier 12A can be connected via an exhaust gas dehumidifier supply line 22.
  • the first valve device 36 and the exhaust gas condenser can be connected via an exhaust gas condenser supply line 26, preferably at least partially parallel to the exhaust gas dehumidifier supply line 22.
  • the second valve device 38 can be arranged between the exhaust gas liquefier 14 and the outlet 30, and preferably between the exhaust gas liquefier 14 and the first line 32.
  • the second valve device 38 can z. B. be arranged in an exhaust gas dehumidifier discharge line 24, which connects the exhaust gas dehumidifier 12A and the outlet 30.
  • the second valve device 38 can be connected to one end of the first line 32, with another end of the first line 32 opening into the exhaust gas dehumidifier supply line 22.
  • the third valve device 40 can be arranged between the exhaust gas dehumidifier 12A and the outlet 30, and preferably between the exhaust gas dehumidifier 12A and the second line 34.
  • the third valve device 40 can z. B. in an exhaust gas condenser discharge line 28, preferably at least partially parallel to the exhaust gas dehumidifier discharge line 24, which connects the exhaust gas condenser 14 and the outlet 30.
  • the third valve device 40 can be connected to one end of the second line 34, with another end of the second line 34 opening into the exhaust gas liquefier supply line 26.
  • the first valve device 36 establishes a fluid connection between the inlet 20 and the exhaust gas liquefier 14 and separates a fluid connection between the inlet 20 and the exhaust gas dehumidifier 12A, so that the exhaust gas from the inlet 20 is first led to the exhaust gas liquefier 14 and flows through the exhaust gas liquefier 14 .
  • the second valve device 38 establishes fluid communication between the exhaust gas condenser 14 and the exhaust gas dehumidifier 12A and separates fluid communication between the exhaust gas condenser 14 and the outlet 30 so that the exhaust gas is discharged via the second line 32 from the exhaust gas condenser 12A Exhaust gas liquefier 14 is led to the exhaust gas dehumidifier 12A and then flows through the exhaust gas liquefier 14.
  • the third valve device 40 establishes a fluid connection between the exhaust gas dehumidifier 12A and the outlet 30 and separates a fluid connection between the exhaust gas dehumidifier 12A and the exhaust gas condenser 14, so that the exhaust gas is finally led to the outlet 30, for example. B. to be released into the environment.
  • the first valve device 36 establishes the fluid connection between the inlet 20 and the exhaust gas dehumidifier 12A and separates the fluid connection between the inlet 20 and the exhaust gas liquefier 14, so that the exhaust gas from the inlet 20 is first guided to the exhaust gas dehumidifier 12A and flows through the exhaust gas dehumidifier 12A .
  • the third valve device 40 establishes the fluid connection between the exhaust gas dehumidifier 12A and the exhaust gas liquefier 14 and the fluid connection between the exhaust gas dehumidifier 12A and the outlet 30, so that the exhaust gas is guided via the second line 34 from the exhaust gas dehumidifier 12A to the exhaust gas liquefier 14 and then flows through the exhaust gas liquefier 14 .
  • the second valve device 38 establishes the fluid connection between the exhaust gas condenser 14 and the outlet 30 and separates the fluid connection between the exhaust gas condenser 14 and the exhaust gas dehumidifier 12A, so that the exhaust gas is finally guided to the outlet 30, for example. B. to be released into the environment.
  • the second valve device 38 and the third valve device 40 are switched as in the first switching configuration, while the first valve device 36 establishes both the fluid connection between the inlet 20 and the exhaust gas condenser 14 and the fluid connection between the inlet 20 and the exhaust gas dehumidifier 12A.
  • the exhaust gas is thus divided by the first valve device 36 so that a first part of the exhaust gas is led to the exhaust gas liquefier 14 and at the same time a second part of the exhaust gas is led to the exhaust gas dehumidifier 12A.
  • the first part of the exhaust gas is led via the second line 32 to the exhaust gas dehumidifier 12A, flows through the exhaust gas condenser 14, and is finally led to the outlet 30.
  • the second part of the exhaust gas is after the Flow through the exhaust gas dehumidifier 12A led to the outlet without having flowed through the exhaust gas condenser 14.
  • the exhaust gas dehumidifier supply line 22 and the exhaust gas dehumidifier discharge line 24 thus serve as a bypass for the second part of the exhaust gas, which leads the second part past the exhaust gas condenser.
  • Figure 4 shows an example of which switching configuration should be selected depending on the current density of the water vapor in order to achieve the greatest water production by means of the exhaust gas liquefier 14 without impairing the functionality of the exhaust gas dehumidifier 12A or the humidifier device 12.
  • courses of a mass flow of water condensed with the water condensation device 14A, which is separated in the water separator 14B, are shown as a function of a current density, namely in front of the exhaust gas dehumidifier 12A (dashed line) and behind the exhaust gas dehumidifier 12A (solid line) in the flow direction of the exhaust gas .
  • both mass flows increase steadily with increasing current density, with the mass flow behind the exhaust gas dehumidifier 12A always being greater than the mass flow in front of the exhaust gas dehumidifier below a current density of approximately 0.9 A/cm 2 12A.
  • the second switching configuration must be selected in order to achieve the greatest water recovery using the exhaust gas condenser 14.
  • the mass flow in front of the exhaust gas dehumidifier 12A is always greater than the mass flow behind the exhaust gas dehumidifier 12A. It has been found that in a transition range from approximately 0.9 A/cm 2 to approximately 1.05 A/cm 2 the third switching configuration leads to the greatest water recovery. If the current density is above approximately 1.05 A/cm 2 , the first switching configuration should be selected.
  • the switching device 32, 34, 36, 38, 40 can be controlled to switch between the switching configurations depending on at least one of the following conditions: at least one operating condition and / or an operating point of the fuel cell arrangement 50, - at least one environmental condition of the fuel cell arrangement 50 and/or the exhaust gas aftertreatment device 10, a total pressure of the exhaust gas when the exhaust gas enters the exhaust gas aftertreatment device 10, and/or
  • a proportion preferably a molar proportion, a mass flow and/or a current density, of water vapor in the exhaust gas when the exhaust gas enters the exhaust gas aftertreatment device 10.
  • the exhaust gas aftertreatment device 10 can further comprise a control device (not shown) for controlling the switching device 32, 34, 36, 38, 40.
  • Figure 5 shows schematically a drive device 100, which has a
  • Fuel cell arrangement 50 and the exhaust gas aftertreatment device 10 includes.
  • the drive device 100 may further include an intake tract 60 and an exhaust tract 70.
  • the intake tract 60 expediently serves to provide air, in particular oxygen, for the fuel cell arrangement 50. Air that has not reacted in the fuel cell arrangement 50 is discharged via the exhaust tract 70, enriched with the water (steam) created in the fuel cell arrangement 50.
  • the exhaust gas aftertreatment device 10 can be designed as part of the exhaust tract 70.
  • the intake tract 60 and the exhaust tract 70 are also referred to as the cathode path.
  • the intake tract 60 forms the supply air side of the cathode path and the exhaust tract 70 forms the exhaust side of the cathode path.
  • the humidifier 12B of the humidifier device 12 can be arranged in the intake tract 60 in order to transfer the water vapor extracted from the exhaust gas and/or the water extracted from the exhaust gas from the exhaust tract 60 into the intake tract 70 and thus to humidify the sucked in air.
  • the humidifier 12B can z. B. be arranged in a line 64A of the intake tract 60, wherein a further line 64B of the intake tract can be arranged parallel to the line 64A.
  • Line 64B may include a valve 66 to control the amount of air passed through line 64B. This also increases the proportion of air is guided through the line 64A and is therefore additionally humidified by the humidifier 12B.
  • the intake stroke 60 may further include a compressor 68 for compressing the air.
  • the drive device 100 may further include a second intake tract 80 and a second exhaust tract 90.
  • the second intake tract 80 serves to provide hydrogen from a hydrogen source (not shown) for the fuel cell arrangement 50. Hydrogen that has not reacted in the fuel cell arrangement 50 can be released from the fuel cell arrangement again via the second exhaust tract 90, e.g. B. in the direction of the hydrogen source. Furthermore, it is also possible for the unreacted hydrogen from the second exhaust tract 90 to be returned to the second intake tract 80, e.g. B. via an intermediate line 84, which can have a conveyor 86 for conveying the hydrogen in the direction of the second intake tract 80.
  • the second intake tract 80 and the second exhaust tract 90 are also referred to as anode path.
  • the second intake tract 80 forms the supply air side of the anode path and the second exhaust tract 90 forms the exhaust side of the anode path.
  • the water or water vapor is generated on the cathode side of the fuel cell arrangement 50 and discharged with the unreacted air via the exhaust tract 70. Since it is possible that a small part of the water with the unreacted hydrogen is discharged via the second exhaust tract 90, z. B. a water separator 92 may be arranged. Furthermore, it is also conceivable that the second exhaust tract 90 has an exhaust gas aftertreatment device analogous to the exhaust gas aftertreatment device 10.
  • the intake tract 60 can also have a heat exchanger 62, e.g. B. have an intercooler.
  • the second intake tract 80 can also have a heat exchanger 82, e.g. B. have a cooler or heater for the hydrogen.
  • the two heat exchangers 62, 82 can be used for thermal conditioning of the supplied air or the supplied hydrogen.
  • the intake tract 60, the exhaust tract 70, the second intake tract 80 and/or the second exhaust tract 90 can each have a valve 72, 88, 94 for regulating the respective gas.

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Abstract

The invention relates to an exhaust gas after-treatment device (10) for a fuel cell arrangement (50). The exhaust gas after-treatment device (10) comprises an inlet (20), which is fluidically connected to the fuel cell arrangement (50) for receiving an exhaust gas discharged from the fuel cell arrangement (50), in particular air enriched with water vapour and/or water, and an outlet (30) for discharging the exhaust gas after flowing through the exhaust gas after-treatment device (10). The exhaust gas after-treatment device (10) further comprises: an exhaust gas dehumidifier (12A) for extracting water and/or water vapour from the exhaust gas; an exhaust gas liquefier (14) for liquefying and/or for separating water from the exhaust gas, wherein the exhaust gas dehumidifier (12A) and the exhaust gas liquefier (14) are fluidically connected in series; and a fluidic switching means (32, 34, 36, 38, 40) for switching between at least two switching configurations of the exhaust gas dehumidifier (12A) and the exhaust gas liquefier (14). The switching configurations comprise a first switching configuration, in which the exhaust gas liquefier (14) is fluidically connected upstream of the exhaust gas dehumidifier (12A), and a second switching configuration, in which the exhaust gas liquefier (14) is fluidically connected downstream of the exhaust gas dehumidifier (12A). The invention further relates to a drive device comprising the exhaust gas after-treatment device and to a motor vehicle, in particular a commercial vehicle, comprising the drive device.

Description

Abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine Brennstoffzellenanordnung Exhaust gas aftertreatment device for a fuel cell arrangement
Beschreibung Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine Brennstoffzellenanordnung, eine Antriebsvorrichtung mit der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, und ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, mit der Antriebsvorrichtung. The invention relates to an exhaust gas aftertreatment device for a fuel cell arrangement, a drive device with the exhaust gas aftertreatment device, and a motor vehicle, in particular a commercial vehicle, with the drive device.
Brennstoffzellensysteme, die z. B. als Antriebssysteme für Kraftfahrzeuge dienen, nutzen üblicherweise Wasserstoff, das den Anoden der Brennstoffzellen zugeführt wird, und Sauerstoff aus der Umgebungsluft, das den Kathoden der Brennstoffzellen zugeführt wird, um zu Wasser(dampf) zu reagieren und dadurch elektrische Energie zu erzeugen. Der entstandene Wasserdampf (sogenanntes Produktwasser) wird dabei mit dem Abgas, d. h. mit dem nicht reagierten Wasserstoff und insbesondere mit der Umgebungsluft, das den nicht reagierten Sauerstoff umfasst, abgeführt. Fuel cell systems, e.g. B. serve as drive systems for motor vehicles, usually use hydrogen, which is supplied to the anodes of the fuel cells, and oxygen from the ambient air, which is supplied to the cathodes of the fuel cells, to react to form water (steam) and thereby generate electrical energy. The resulting water vapor (so-called product water) is mixed with the exhaust gas, i.e. H. with the unreacted hydrogen and in particular with the ambient air, which includes the unreacted oxygen.
Für die Funktionsfähigkeit solcher Brennstoffzellensysteme ist es wichtig, dass die Membrane zwischen einer Anodenseite und einer Kathodenseite der Brennstoffzellen eine gewisse Feuchtigkeit aufweisen. Um dies sicherzustellen, ist z. B. bekannt, die aus der Umgebung angesaugte Umgebungsluft bei der Zuführung mittels Befeuchter zu befeuchten und so die benötigte Feuchtigkeit in die Brennstoffzellen einzubringen. Bekannte Befeuchter sind z. B. so ausgestaltet, dass Wasserdampf aus dem Abgas an die angesaugte Umgebungsluft übertragen wird. For such fuel cell systems to function, it is important that the membrane between an anode side and a cathode side of the fuel cells has a certain level of moisture. To ensure this, e.g. B. known to humidify the ambient air sucked in from the environment when supplied using a humidifier and thus introduce the required moisture into the fuel cells. Well-known humidifiers are e.g. B. designed so that water vapor from the exhaust gas is transferred to the ambient air sucked in.
Dazu ist üblicherweise nicht der gesamte im Abgas enthaltene Wasserdampf notwendig, sodass der Rest an Wasserdampf ungenutzt mit dem Abgas an die Umgebung abgegeben wird. For this purpose, not all of the water vapor contained in the exhaust gas is usually necessary, so that the remaining water vapor is released unused into the environment with the exhaust gas.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine derartige Lösung bereitzustellen, mit der die Nachteile der bisherigen Lösungen zumindest teilweise vermieden werden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine möglichst effiziente Technik bereitzustellen, mit der dem Abgas von Brennstoffzellen ein möglichst hohes Maß an in den Brennstoffzellen erzeugtem Wasser(dampf) zur weiteren Nutzung entzogen werden kann. It is therefore the object of the invention to provide such a solution with which the disadvantages of previous solutions are at least partially avoided. In particular, it is an object of the invention to provide the most efficient technology possible, with which the highest possible amount of water (steam) generated in the fuel cells can be removed from the exhaust gas of fuel cells for further use.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben. Gemäß einem ersten allgemeinen Aspekt der Erfindung wird eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine Brennstoffzellenanordnung bereitgestellt. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung umfasst einen Einlass, einen Auslass, einen Abgasentfeuchter und einen Abgasverflüssiger. The task is solved by the features of the independent claims. Advantageous further developments are specified in the dependent claims and the description. According to a first general aspect of the invention, an exhaust gas aftertreatment device for a fuel cell arrangement is provided. The exhaust aftertreatment device includes an inlet, an outlet, an exhaust gas dehumidifier and an exhaust gas condenser.
Der Einlass ist zur Aufnahme eines aus der Brennstoffzellenanordnung abgeführten Abgases, insbesondere von mit Wasserdampf und/oder Wasser angereicherter Luft, mit der Brennstoffzellenanordnung fluidisch verbindbar. Der Wasserdampf und/oder das Wasser ist insbesondere ein im Betrieb der Brennstoffzellenanordnung erzeugtes Wasser (und/oder Produktwasser). Der Auslass ist zum Auslassen des Abgases nach einem Durchströmen der Abgasnachbehandlungsvorrichtung ausgebildet. The inlet can be fluidly connected to the fuel cell arrangement in order to receive an exhaust gas discharged from the fuel cell arrangement, in particular air enriched with water vapor and/or water. The steam and/or the water is in particular water (and/or product water) generated during operation of the fuel cell arrangement. The outlet is designed to release the exhaust gas after it flows through the exhaust gas aftertreatment device.
Der Abgasentfeuchter ist zum Entziehen von Wasser und/oder Wasserdampf aus dem Abgas ausgebildet. Der Abgasentfeuchter kann ausgebildet sein, eine vorbestimmte Menge, insbesondere einen vorbestimmten Stoffmengenstrom, an Wasser und/oder Wasserdampf aus dem Abgas zu entziehen. Die vorbestimmte Menge kann z. B. von zumindest einer Betriebsbedingung, einem Betriebspunkt und/oder zumindest einer Umgebungsbedingung der Brennstoffzellenanordnung und/oder der Abgasnachbehandlungsvorrichtung abhängen. Das Entziehen von Wasser und/oder Wasserdampf erfolgt insbesondere ohne eine Kondensation des Wasserdampfs. The exhaust gas dehumidifier is designed to remove water and/or water vapor from the exhaust gas. The exhaust gas dehumidifier can be designed to remove a predetermined amount, in particular a predetermined mass flow, of water and/or water vapor from the exhaust gas. The predetermined amount can e.g. B. depend on at least one operating condition, an operating point and / or at least one environmental condition of the fuel cell arrangement and / or the exhaust gas aftertreatment device. The removal of water and/or water vapor takes place in particular without condensation of the water vapor.
Der Abgasentfeuchter kann insbesondere als Teil einer Befeuchtereinrichtung und/oder eines Feuchtigkeitsübertragers ausgeführt sein. Die Befeuchtereinrichtung und/oder der Feuchtigkeitsübertrager können einen Befeuchter aufweisen und/oder ausgebildet sein, den aus dem Abgas entzogenen Wasserdampf und/oder das aus dem Abgas entzogene Wasser vom Abgasentfeuchter in den Befeuchter zu übertragen. The exhaust gas dehumidifier can in particular be designed as part of a humidifier device and/or a moisture exchanger. The humidifier device and/or the moisture transmitter can have a humidifier and/or be designed to transfer the water vapor removed from the exhaust gas and/or the water removed from the exhaust gas from the exhaust gas dehumidifier into the humidifier.
Der Abgasverflüssiger ist zum Verflüssigen von Wasserdampf und/oder Abscheiden von (verflüssigtem) Wasser aus dem Abgas ausgebildet. Der Abgasverflüssiger kann z. B. zumindest eine Wasserkondensationseinrichtung und einen Wasserabscheider, der vorzugsweise der Wasserkondensationseinrichtung fluidisch nachgeschaltet ist, aufweisen. Das Verflüssigen von Wasserdampf erfolgt insbesondere mittels einer Kondensation des Wasserdampfs. The exhaust gas liquefier is designed to liquefy water vapor and/or separate (liquefied) water from the exhaust gas. The exhaust gas condenser can e.g. B. have at least one water condensation device and a water separator, which is preferably fluidically connected downstream of the water condensation device. The liquefaction of water vapor takes place in particular by means of condensation of the water vapor.
Die Wasserkondensationseinrichtung kann z. B. ein Gas-Gas-Wärmeübertrager, insbesondere ein Luft-Luft-Wärmeübertrager, sein. Das verflüssigte und/oder abgeschiedene Wasser kann z. B. zur (weiteren) Nutzung sammelbar oder zumindest einer anderen Vorrichtung zuführbar sein. Das verflüssigte und/oder abgeschiedene Wasser kann z. B. als Verdunstungskühlwasser weiternutzbar sein. The water condensation device can z. B. be a gas-gas heat exchanger, in particular an air-air heat exchanger. The liquefied and/or separated Water can e.g. B. can be collected for (further) use or at least fed to another device. The liquefied and/or separated water can e.g. B. can be used as evaporative cooling water.
Der Abgasentfeuchter und der Abgasverflüssiger sind fluidisch in Reihe geschaltet. The exhaust gas dehumidifier and the exhaust gas condenser are fluidly connected in series.
Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung umfasst ferner eine fluidische Umschalteinrichtung zur Umschaltung zwischen zumindest zwei Schaltkonfigurationen des Abgasentfeuchters und des Abgasverflüssigers. The exhaust gas aftertreatment device further comprises a fluidic switching device for switching between at least two switching configurations of the exhaust gas dehumidifier and the exhaust gas condenser.
Die Schaltkonfigurationen umfassen eine erste Schaltkonfiguration, in der der Abgasverflüssigerfluidisch vor den Abgasentfeuchter geschaltet ist. Die Schaltkonfigurationen umfassen ferner eine zweite Schaltkonfiguration, in der der Abgasverflüssiger fluidisch hinter den Abgasentfeuchter geschaltet ist. The switching configurations include a first switching configuration in which the exhaust gas condenser is fluidly connected upstream of the exhaust gas dehumidifier. The switching configurations further include a second switching configuration in which the exhaust gas condenser is fluidly connected behind the exhaust gas dehumidifier.
Mit anderen Worten, die Abgasnachbehandlungsvorrichtung ist derart ausgebildet, dass das Abgas in der ersten Schaltkonfiguration zunächst den Abgasverflüssiger und dann den Abgasentfeuchter durchströmt, und in der zweiten Schaltkonfiguration zunächst den Abgasentfeuchter und dann den Abgasverflüssiger durchströmt. In other words, the exhaust gas aftertreatment device is designed such that in the first switching configuration the exhaust gas first flows through the exhaust gas condenser and then the exhaust gas dehumidifier, and in the second switching configuration it first flows through the exhaust gas dehumidifier and then the exhaust gas condenser.
Durch die vorliegende Offenbarung wird somit eine schaltbare Topologie bereitgestellt, mit der die Reihenfolge, auf welche Weise Wasser(dampf) aus dem Abgas der Brennstoffzellenanordnung entzogen wird, veränderbar ist. Insbesondere wird eine Topologie für die Verschaltung von einem Abgasentfeuchter (bzw. einer Befeuchtereinrichtung) und einem Abgasverflüssiger vorgeschlagen, die es ermöglicht, z. B. je nach Betriebspunkt der Brennstoffzellenanordnung und/oder in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen, dem Abgas vor oder nach dem Abgasentfeuchter flüssiges Wasser zu entziehen und so die Menge an gewonnenem Wasser zu maximieren, ohne die Funktionsfähigkeit des Abgasentfeuchters (bzw. der Befeuchtereinrichtung) zu beeinträchtigen. The present disclosure thus provides a switchable topology with which the order in which water (steam) is removed from the exhaust gas of the fuel cell arrangement can be changed. In particular, a topology for the interconnection of an exhaust gas dehumidifier (or a humidifier device) and an exhaust gas condenser is proposed, which makes it possible, for example. B. depending on the operating point of the fuel cell arrangement and / or depending on environmental conditions, to remove liquid water from the exhaust gas before or after the exhaust gas dehumidifier and thus maximize the amount of water obtained without impairing the functionality of the exhaust gas dehumidifier (or the humidifier device).
Ein Vorteil der ersten Schaltkonfiguration besteht darin, dass Wasser vor dem Abgasentfeuchter mit geringerer (Wärme-)Energie verflüssigt werden kann. So ist der Molanteil und der Gesamtdruck des Wasserdampfs im Abgas vor dem Abgasentfeuchter höher als nach dem Abgasentfeuchter, wobei der Abgasentfeuchter üblicherweise ausgebildet ist, eine vorbestimmte Menge an Wasserdampf aus dem Abgas zu entziehen. Die vorbestimmte Menge kann dabei von Systemanforderungen der Brennstoffzellenanordnung im Betrieb abhängen, z. B. von zumindest einer Betriebsbedingung, einem Betriebspunkt und/oder zumindest einer Umgebungsbedingung. Dies führt zu einem erhöhten Partialdruck und damit einer erhöhten relativen Feuchte des Wasserdampfs vor dem Abgasentfeuchter, sodass der Wasserdampf vor dem Abgasentfeuchter unter einer geringeren Wärmeabfuhr kondensieren kann. An advantage of the first switching configuration is that water can be liquefied upstream of the flue gas dehumidifier using less (heat) energy. The molar fraction and the total pressure of the water vapor in the exhaust gas before the exhaust gas dehumidifier is higher than after the exhaust gas dehumidifier, the exhaust gas dehumidifier usually being designed to remove a predetermined amount of water vapor from the exhaust gas. The predetermined amount can depend on the system requirements of the fuel cell arrangement during operation, e.g. B. of at least one operating condition, an operating point and/or at least one environmental condition. This leads to an increased partial pressure and thus an increased relative humidity of the water vapor in front of the flue gas dehumidifier, so that the water vapor can condense in front of the flue gas dehumidifier with less heat dissipation.
Nachteilig ist, dass der Abgasentfeuchter üblicherweise einen bestimmten Partialdruck zum Entfeuchten benötigt. Ist der Abgasentfeuchter ais Teil einer Befeuchtereinrichtung ausgeführt , um z. B. angesaugte Luft mittels des entzogenen Wassers und/oder Wasserdampfes zu befeuchten, so benötigt der Befeuchter eine bestimmte Partialdruckdifferenz des Wasserdampfs von einer Entfeuchterseite zu einer Befeuchterseite der Befeuchtereinrichtung. Daher ist die Wassermenge, die vor dem Befeuchter abgeschieden werden kann, begrenzt. The disadvantage is that the exhaust gas dehumidifier usually requires a certain partial pressure for dehumidification. If the exhaust gas dehumidifier is designed as part of a humidifier device, for example B. to humidify sucked air using the extracted water and/or water vapor, the humidifier requires a certain partial pressure difference of the water vapor from a dehumidifier side to a humidifier side of the humidifier device. Therefore, the amount of water that can be separated before the humidifier is limited.
Ein Vorteil der zweiten Schaltkonfiguration besteht darin, dass die Menge an gewonnenem Wasser nicht durch Systemanforderungen der Brennstoffzellenanordnung im Betrieb begrenzt ist. An advantage of the second switching configuration is that the amount of water obtained is not limited by system requirements of the fuel cell arrangement during operation.
Da die Vorteile der beiden Schaltkonfigurationen z. B. je nach Betriebsbedingung der Brennstoffzellenanordnung und/oder je nach Umgebungsbedingung abwechselnd überwiegen können, bietet die vorliegende Erfindung eine Topologie, die beide Positionsmöglichkeiten des Abgasentfeuchters und des Abgasverflüssigers schaltbar miteinander vereint. Since the advantages of the two switching configurations e.g. B. can predominate alternately depending on the operating conditions of the fuel cell arrangement and/or depending on the environmental conditions, the present invention offers a topology that combines both position options of the exhaust gas dehumidifier and the exhaust gas condenser in a switchable manner.
Insgesamt führt die Erfindung daher zu einer Energieeffizienzsteigerung, einer Reduktion des Energieverbrauchs, und einer Reduktion des zusätzlichen Kühlbedarfs, bei gleichzeitiger Sicherstellung, dass die Membrane in den Brennstoffzellen im Betrieb ausreichend befeuchtet sind. Overall, the invention therefore leads to an increase in energy efficiency, a reduction in energy consumption, and a reduction in the additional cooling requirement, while at the same time ensuring that the membranes in the fuel cells are sufficiently moistened during operation.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform können die Schaltkonfigurationen ferner eine dritte Schaltkonfiguration umfassen, in der zumindest ein Teil des Abgases am Abgasverflüssiger vorbeiführbar ist. Es wurde festgestellt, dass die dritte Schaltkonfiguration besonders vorteilhaft in einem Übergangsbereich zwischen der ersten und zweiten Schaltkonfiguration ist, d. h., bei einer Umschaltung zwischen der ersten und zweiten Schaltkonfiguration aufgrund von Änderungen von Systemanforderungen der Brennstoffzellenanordnung kann eine Umschaltung zunächst in die dritte Schaltkonfiguration zu einer erhöhten Wassergewinnung mittels des Abgasverflüssigers führen, ohne die Funktionsfähigkeit des Abgasentfeuchters bzw. der Befeuchtereinrichtung zu beeinträchtigen. Ferner wäre auch eine vierte Schaltkonfiguration vorstellbar, in der zumindest ein Teil des Abgases am Abgasentfeuchter vorbeiführbar ist. Auch eine fünfte Schaltkonfiguration wäre möglich, bei der zumindest ein Teil des Abgases nur den Abgasentfeuchter (und nicht den Abgasverflüssiger) durchströmt und ein weiterer Teil des Abgases nur den Abgasverflüssiger (und nicht den Abgasentfeuchter) durchströmt. According to a special embodiment, the switching configurations can further comprise a third switching configuration, in which at least part of the exhaust gas can be guided past the exhaust gas condenser. It was found that the third switching configuration is particularly advantageous in a transition area between the first and second switching configuration, that is, when switching between the first and second switching configuration due to changes in system requirements of the fuel cell arrangement, a switchover initially to the third switching configuration can result in an increased Water extraction using the exhaust gas condenser without impairing the functionality of the exhaust gas dehumidifier or the humidifier device. Furthermore, a fourth switching configuration would also be conceivable, in which at least part of the exhaust gas can be guided past the exhaust gas dehumidifier. A fifth switching configuration would also be possible, in which at least part of the exhaust gas only flows through the exhaust gas dehumidifier (and not the exhaust gas condenser) and another part of the exhaust gas only flows through the exhaust gas condenser (and not the exhaust gas dehumidifier).
Gemäß einer Ausführungsform kann die Umschalteinrichtung eine erste Leitung umfassen, über die ein Ausgang des Abgasverflüssigers und ein Eingang des Abgasentfeuchters fluidisch verbindbar sind. In der ersten Leitung kann ein Rückschlagventil angeordnet sein, das vorzugsweise eine Strömung in Richtung des Abgasverflüssigers verhindert. Die Umschalteinrichtung kann eine zweite Leitung umfassen, über die ein Ausgang des Abgasentfeuchters und ein Eingang des Abgasverflüssigers fluidisch verbindbar sind. In der zweiten Leitung kann ein Rückschlagventil angeordnet sein, das vorzugsweise eine Strömung in Richtung des Abgasentfeuchters verhindert. According to one embodiment, the switching device can comprise a first line via which an outlet of the exhaust gas liquefier and an inlet of the exhaust gas dehumidifier can be fluidly connected. A check valve can be arranged in the first line, which preferably prevents a flow in the direction of the exhaust gas condenser. The switching device can comprise a second line via which an output of the exhaust gas dehumidifier and an inlet of the exhaust gas liquefier can be fluidly connected. A check valve can be arranged in the second line, which preferably prevents a flow in the direction of the exhaust gas dehumidifier.
Gemäß einer Ausführungsvariante kann die Umschalteinrichtung mehrere, vorzugsweise zumindest drei, (steuerbare) Ventileinrichtungen umfassen. Die mehreren Ventileinrichtungen können jeweils als ein steuerbares Wegeventil und/oder ein steuerbares Umschaltventil ausgeführt sein. According to one embodiment variant, the switching device can comprise several, preferably at least three, (controllable) valve devices. The plurality of valve devices can each be designed as a controllable directional control valve and/or a controllable changeover valve.
Die mehreren Ventileinrichtungen können derart steuerbar (und/oder stellbar) sein, dass das Abgas in der ersten Schaltkonfiguration zunächst den Abgasverflüssiger durchströmt, über die erste Leitung zum Abgasentfeuchter geführt wird, und dann den Abgasentfeuchter durchströmt. Die mehreren Ventileinrichtungen können ferner derart steuerbar sein, dass das Abgas in der zweiten Schaltkonfiguration zunächst den Abgasentfeuchter durchströmt, über die zweite Leitung zum Abgasverflüssiger geführt wird, und dann den Abgasverflüssiger durchströmt. Mittels dieser steuerbaren Schalteinrichtung kann somit die fluidische Reihenfolge des Abgasverflüssigers und Abgasentfeuchters getauscht werden und dabei gleichzeitig die Reihenschaltung der beiden Komponenten aufrechterhalten bleiben. The plurality of valve devices can be controllable (and/or adjustable) in such a way that the exhaust gas in the first switching configuration first flows through the exhaust gas condenser, is led to the exhaust gas dehumidifier via the first line, and then flows through the exhaust gas dehumidifier. The plurality of valve devices can also be controllable in such a way that the exhaust gas in the second switching configuration first flows through the exhaust gas dehumidifier, is led to the exhaust gas liquefier via the second line, and then flows through the exhaust gas liquefier. By means of this controllable switching device, the fluidic sequence of the exhaust gas condenser and exhaust gas dehumidifier can be exchanged while at the same time maintaining the series connection of the two components.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Umschalteinrichtung eine erste Ventileinrichtung umfassen. According to one embodiment, the switching device can comprise a first valve device.
Die erste Ventileinrichtung kann zwischen dem Einlass und dem Abgasentfeuchter und zwischen dem Einlass und dem Abgasverflüssiger angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend kann die erste Ventileinrichtung ausgebildet sein, in der ersten Schaltkonfiguration eine Fluidverbindung zwischen dem Einlass und dem Abgasentfeuchter zu trennen und eine Fluidverbindung zwischen dem Einlass und dem Abgasverflüssiger herzustellen. Die erste Ventileinrichtung kann ausgebildet sein, in der zweiten Schaltkonfiguration die Fluidverbindung zwischen dem Einlass und dem Abgasentfeuchter herzustellen und die Fluidverbindung zwischen dem Einlass und dem Abgasverflüssiger zu trennen. Die erste Ventileinrichtung bietet somit eine einfach umsetzbare Möglichkeit, das Abgas wahlweise zuerst zum Abgasentfeuchter oder zum Abgasverflüssiger zu führen und Wasser(dampf) entsprechend zuerst mit dem Abgasentfeuchter oder dem Abgasverflüssiger aus dem Abgas zu entziehen. The first valve device can be arranged between the inlet and the exhaust gas dehumidifier and between the inlet and the exhaust gas condenser. Alternatively or additionally, the first valve device can be designed to separate a fluid connection between the inlet and the exhaust gas dehumidifier in the first switching configuration and to establish a fluid connection between the inlet and the exhaust gas condenser. The first valve device can be designed to establish the fluid connection between the inlet and the exhaust gas dehumidifier and to separate the fluid connection between the inlet and the exhaust gas condenser in the second switching configuration. The first valve device thus offers an easy-to-implement option to either lead the exhaust gas first to the exhaust gas dehumidifier or to the exhaust gas liquefier and to remove water (steam) from the exhaust gas first using the exhaust gas dehumidifier or the exhaust gas liquefier.
Gemäß einer Ausführungsform kann die erste Ventileinrichtung ferner ausgebildet sein, in der dritten Schaltkonfiguration die Fluidverbindung zwischen dem Einlass und dem Abgasentfeuchter herzustellen, und die Fluidverbindung zwischen dem Einlass und dem Abgasverflüssiger herzustellen. Die erste Ventileinrichtung bietet somit eine einfache Lösung, um einen Teil des Abgases direkt zum Abgasentfeuchter und gleichzeitig einen weiteren Teil des Abgases direkt zum Abgasverflüssiger zu führen. According to one embodiment, the first valve device can further be designed to establish the fluid connection between the inlet and the exhaust gas dehumidifier in the third switching configuration, and to establish the fluid connection between the inlet and the exhaust gas condenser. The first valve device thus offers a simple solution for leading part of the exhaust gas directly to the exhaust gas dehumidifier and at the same time another part of the exhaust gas directly to the exhaust gas liquefier.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Umschalteinrichtung eine zweite Ventileinrichtung umfassen. According to one embodiment, the switching device can comprise a second valve device.
Die zweite Ventileinrichtung kann zwischen dem Abgasverflüssiger und dem Auslass angeordnet sein. Die zweite Ventileinrichtung kann vorzugsweise ferner zwischen dem Abgasverflüssiger und der ersten Leitung der Umschalteinrichtung angeordnet sein. The second valve device can be arranged between the exhaust gas condenser and the outlet. The second valve device can preferably also be arranged between the exhaust gas liquefier and the first line of the switching device.
Alternativ oder ergänzend kann die zweite Ventileinrichtung ausgebildet sein, in der ersten Schaltkonfiguration, und vorzugsweise in der dritten Schaltkonfiguration, eine Fluidverbindung zwischen dem Abgasverflüssiger und dem Auslass zu trennen und eine Fluidverbindung zwischen dem Abgasverflüssiger und dem Abgasentfeuchter herzustellen. Die zweite Ventileinrichtung kann ausgebildet sein, in der zweiten Schaltkonfiguration die Fluidverbindung zwischen dem Abgasverflüssiger und dem Auslass herzustellen und die Fluidverbindung zwischen dem Abgasverflüssiger und dem Abgasentfeuchter zu trennen. Die zweite Ventileinrichtung bietet somit eine einfach umsetzbare Möglichkeit, das Abgas vom Abgasverflüssiger zum Abgasentfeuchter zu führen und Wasser(dampf) entsprechend mit dem Abgasentfeuchter zu entziehen, oder das Abgas nach der Durchströmung des Abgasverflüssigers direkt zum Ablass der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zu führen. Gemäß einer Ausführungsvariante kann die Umschalteinrichtung eine dritte Ventileinrichtung umfassen. Alternatively or additionally, the second valve device can be designed to separate a fluid connection between the exhaust gas liquefier and the outlet and to establish a fluid connection between the exhaust gas liquefier and the exhaust gas dehumidifier in the first switching configuration, and preferably in the third switching configuration. The second valve device can be designed to establish the fluid connection between the exhaust gas liquefier and the outlet in the second switching configuration and to separate the fluid connection between the exhaust gas liquefier and the exhaust gas dehumidifier. The second valve device thus offers an easy-to-implement option to lead the exhaust gas from the exhaust gas liquefier to the exhaust gas dehumidifier and to remove water (steam) accordingly with the exhaust gas dehumidifier, or to lead the exhaust gas directly to the outlet of the exhaust gas aftertreatment device after flowing through the exhaust gas liquefier. According to one embodiment variant, the switching device can comprise a third valve device.
Die dritte Ventileinrichtung kann zwischen dem Abgasentfeuchter und dem Auslass angeordnet sein. Die dritte Ventileinrichtung kann vorzugsweise ferner zwischen dem Abgasentfeuchter und der zweiten Leitung der Umschalteinrichtung angeordnet sein. The third valve device can be arranged between the exhaust gas dehumidifier and the outlet. The third valve device can preferably also be arranged between the exhaust gas dehumidifier and the second line of the switching device.
Alternativ oder ergänzend kann die dritte Ventileinrichtung ausgebildet sein, in der ersten Schaltkonfiguration, und vorzugsweise in der dritten Schaltkonfiguration, eine Fluidverbindung zwischen dem Abgasentfeuchter und dem Abgasverflüssiger zu trennen und eine Fluidverbindung zwischen dem Abgasentfeuchter und dem Auslass herzustellen. Die dritte Ventileinrichtung kann ausgebildet sein, in der zweiten Schaltkonfiguration die Fluidverbindung zwischen dem Abgasentfeuchter und dem Abgasverflüssiger herzustellen und die Fluidverbindung zwischen dem Abgasentfeuchter und dem Auslass zu trennen. Die dritte Ventileinrichtung bietet somit eine einfach umsetzbare Möglichkeit, das Abgas vom Abgasentfeuchter zum Abgasverflüssiger zu führen und Wasser(dampf) entsprechend mit dem Abgasverflüssiger zu entziehen, oder das Abgas nach der Durchströmung des Abgasentfeuchters direkt zum Ablass der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zu führen. Alternatively or additionally, the third valve device can be designed to separate a fluid connection between the exhaust gas dehumidifier and the exhaust gas condenser in the first switching configuration, and preferably in the third switching configuration, and to establish a fluid connection between the exhaust gas dehumidifier and the outlet. The third valve device can be designed to establish the fluid connection between the exhaust gas dehumidifier and the exhaust gas condenser in the second switching configuration and to separate the fluid connection between the exhaust gas dehumidifier and the outlet. The third valve device thus offers an easy-to-implement option to lead the exhaust gas from the exhaust gas dehumidifier to the exhaust gas liquefier and to remove water (steam) accordingly with the exhaust gas liquefier, or to lead the exhaust gas directly to the outlet of the exhaust gas aftertreatment device after flowing through the exhaust gas dehumidifier.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Abgasnachbehandlungsvorrichtung ferner eine Steuereinrichtung umfassen, die ausgebildet ist, die Umschalteinrichtung zur Umschaltung zwischen zumindest zwei Schaltkonfigurationen des Abgasentfeuchters und des Abgasverflüssigers in Abhängigkeit zumindest einer der folgenden Bedingungen zu steuern: zumindest eine Betriebsbedingung und/oder ein Betriebspunkt derAccording to one embodiment, the exhaust gas aftertreatment device can further comprise a control device which is designed to control the switching device for switching between at least two switching configurations of the exhaust gas dehumidifier and the exhaust gas condenser depending on at least one of the following conditions: at least one operating condition and / or an operating point of the
Brennstoffzellenanordnung; fuel cell assembly;
- zumindest eine Umgebungsbedingung der Brennstoffzellenanordnung und/oder der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, z. B. eine Umgebungstemperatur und/oder eine Umgebungsfeuchtigkeit; ein Gesamtdruck des Abgases bei Eintritt des Abgases in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung; und/oder - at least one environmental condition of the fuel cell arrangement and/or the exhaust gas aftertreatment device, e.g. B. an ambient temperature and/or an ambient humidity; a total pressure of the exhaust gas when the exhaust gas enters the exhaust gas aftertreatment device; and or
- ein Anteil, vorzugsweise ein Molanteil, ein Massenstrom und/oder eine Stromdichte, an Wasserdampf im Abgas bei Eintritt des Abgases in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung. - a proportion, preferably a molar proportion, a mass flow and/or a current density, of water vapor in the exhaust gas when the exhaust gas enters the exhaust gas aftertreatment device.
Die Bedingungen können fachmännisch durch Referenzmessungen festgelegt werden, unter der Vorgabe, die größte Wassergewinnung mittels des Abgasverflüssigers zu erzielen, ohne die Funktionsfähigkeit des Abgasentfeuchters bzw. der Befeuchtereinrichtung zu beeinträchtigen. The conditions can be professionally determined through reference measurements, with the aim of achieving the greatest water recovery using the exhaust gas condenser, without impairing the functionality of the flue gas dehumidifier or the humidifier device.
Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung kann ferner Sensoriken zum Erfassen der zumindest einen Bedingung umfassen. Beispielsweise kann die Abgasnachbehandlungsvorrichtung eine Sensoreinrichtung zum Erfassen des Gesamtdrucks und/oder der Stromdichte umfassen, die z. B. stromauf des Abgasentfeuchters in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung angeordnet ist. The exhaust gas aftertreatment device can further comprise sensors for detecting the at least one condition. For example, the exhaust gas aftertreatment device can include a sensor device for detecting the total pressure and / or the current density, which z. B. is arranged upstream of the exhaust gas dehumidifier in the exhaust gas aftertreatment device.
Gemäß einem weiteren allgemeinen Aspekt der Erfindung wird eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, (und/oder ein Brennstoffzellensystem) bereitgestellt. According to a further general aspect of the invention, a drive device for a motor vehicle, in particular a commercial vehicle, (and/or a fuel cell system) is provided.
Die Antriebsvorrichtung umfasst eine Brennstoffzellenanordnung und der Abgasnachbehandlungsvorrichtung wie hierin offenbart. The propulsion device includes a fuel cell assembly and the exhaust aftertreatment device as disclosed herein.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Antriebsvorrichtung ferner einen Ansaugtrakt, vorzugsweise eine Zuluftseite eines Kathodenpfads für die Brennstoffzellenanordnung, zur Bereitstellung von Luft, insbesondere Sauerstoff, für die Brennstoffzellenanordnung umfassen. According to one embodiment, the drive device can further comprise an intake tract, preferably a supply air side of a cathode path for the fuel cell arrangement, for providing air, in particular oxygen, for the fuel cell arrangement.
Die Antriebsvorrichtung kann ferner einen Abgastrakt, vorzugsweise eine Abgasseite des Kathodenpfads, zum Abführen von Abgas, insbesondere von mit Wasserdampf und/oder Wasser angereicherter Luft, aus der Brennstoffzellenanordnung umfassen. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung kann als Teil des Abgastrakts ausgeführt sein. Das Wasser (bzw. der Wasserdampf) wird üblicherweise auf Kathodenseite der Brennstoffzellenanordnung erzeugt und über die Abgasseite des Kathodenpfads abgeführt. Dementsprechend kann das Wasser durch die Anordnung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung auf der Abgasseite des Kathodenpfads auf besonders effiziente Weise entzogen und weiter genutzt werden. The drive device can further comprise an exhaust gas tract, preferably an exhaust gas side of the cathode path, for removing exhaust gas, in particular air enriched with water vapor and/or water, from the fuel cell arrangement. The exhaust gas aftertreatment device can be designed as part of the exhaust tract. The water (or water vapor) is usually generated on the cathode side of the fuel cell arrangement and discharged via the exhaust gas side of the cathode path. Accordingly, the water can be removed and further used in a particularly efficient manner by arranging the exhaust gas aftertreatment device on the exhaust gas side of the cathode path.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Abgasentfeuchter als Teil einer Befeuchtereinrichtung zur Übertragung des aus dem Abgas entzogenen Wasserdampfs und/oder dem aus dem Abgas entzogenen Wasser von dem Abgastrakt in den Ansaugtrakt ausgeführt sein. Dadurch kann ein Teil des erzeugten Wassers und/oder Wasserdampfs dazu genutzt werden, die angesaugte Luft ausreichend zu befeuchten und auf diese Weise die benötigte Feuchtigkeit in die Brennstoffzellen einzubringen. Hierdurch entsteht ein besonders effizienter Kreislauf zur Wasserwiederverwendung. Gemäß einer Ausführungsvariante kann die Umschalteinrichtung ausgebildet sein, in Abhängigkeit einer Partialdruckdifferenz des mittels der Befeuchtereinrichtung übertragenen Wasserdampfs und/oder Wassers zwischen den Schaltkonfigurationen umzuschalten. Eine Übertragung des Wasserdampfs und/oder Wassers ist erst ab einer vorbestimmten Partialdruckdifferenz (in Abhängigkeit z. B. zumindest einer Betriebsbedingung und/oder Umgebungsbedingung) möglich. Unterhalb der vorbestimmten Partialdruckdifferenz ist in die zweite Schaltkonfiguration umzuschalten. Bei einer Partialdruckdifferenz gleich oder größer der vorbestimmten Partialdruckdifferenz ist in die erste Schaltkonfiguration (oder in einem Übergangsbereich zunächst in die dritte Schaltkonfiguration) umzuschalten. According to one embodiment, the exhaust gas dehumidifier can be designed as part of a humidifier device for transferring the water vapor extracted from the exhaust gas and/or the water extracted from the exhaust gas from the exhaust gas tract into the intake tract. As a result, part of the water and/or water vapor generated can be used to sufficiently humidify the sucked in air and in this way to introduce the required moisture into the fuel cells. This creates a particularly efficient water reuse cycle. According to one embodiment variant, the switching device can be designed to switch between the switching configurations depending on a partial pressure difference of the steam and/or water transferred by means of the humidifier device. A transfer of the steam and/or water is only possible from a predetermined partial pressure difference (depending on, for example, at least one operating condition and/or environmental condition). Below the predetermined partial pressure difference, a switch must be made to the second switching configuration. If the partial pressure difference is equal to or greater than the predetermined partial pressure difference, a switch must be made to the first switching configuration (or, in a transition region, initially to the third switching configuration).
Gemäß einem weiteren allgemeinen Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug, mit der Antriebsvorrichtung wie hierin offenbart und/oder der Abgasnachbehandlungsvorrichtung wie hierin offenbart bereitgestellt. According to a further general aspect of the invention, a motor vehicle, preferably a commercial vehicle, is provided with the drive device as disclosed herein and/or the exhaust gas aftertreatment device as disclosed herein.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen, Varianten und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: The previously described embodiments, variants and features of the invention can be combined with one another in any way. Further details and advantages of the invention are described below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Figur 1 eine schematische Ansicht einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß einemFigure 1 is a schematic view of an exhaust gas aftertreatment device according to one
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung; Embodiment of the present disclosure;
Figur 2 eine schematische Ansicht der Abgasnachbehandlungsvorrichtung mit einer Darstellung der ersten und zweiten Schaltkonfiguration; Figure 2 is a schematic view of the exhaust gas aftertreatment device with a representation of the first and second switching configurations;
Figur 3 eine schematische Ansicht der Abgasnachbehandlungsvorrichtung mit einer Darstellung der dritten Schaltkonfiguration; Figure 3 shows a schematic view of the exhaust gas aftertreatment device with a representation of the third switching configuration;
Figur 4 Verläufe eines Massenstroms an kondensiertem Wasser, welches in einem Wasserabscheider abgeschieden wird, in Abhängigkeit von einer Stromdichte; und Figure 4 curves of a mass flow of condensed water, which is separated in a water separator, as a function of a current density; and
Figur 5 eine schematische Ansicht einer Antriebsvorrichtung gemäß einemFigure 5 is a schematic view of a drive device according to one
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Embodiment of the present disclosure.
Figur 1 zeigt schematisch eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 für eine Brennstoffzellenanordnung 50. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 umfasst einen Einlass 20, der mit der Brennstoffzellenanordnung 50 fluidisch verbindbar ist, und einen Auslass 30. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 umfasst ferner einen Abgasentfeuchter 12A zum Entziehen von Wasser und/oder Wasserdampf aus dem Abgas, und einen Abgasverflüssiger 14 zum Verflüssigen und/oder Abscheiden von Wasser aus dem Abgas. Figure 1 shows schematically an exhaust gas aftertreatment device 10 for a fuel cell arrangement 50. The exhaust gas aftertreatment device 10 comprises an inlet 20, which can be fluidly connected to the fuel cell arrangement 50, and an outlet 30. The exhaust gas aftertreatment device 10 further comprises an exhaust gas dehumidifier 12A for removing water and/or water vapor from the exhaust gas, and an exhaust gas liquefier 14 for liquefying and/or separating water from the exhaust gas.
Der Abgasentfeuchter 12A kann als Teil einer Befeuchtereinrichtung 12 ausgeführt sein, wobei der aus dem Abgas entzogene Wasserdampf und/oder das aus dem Abgas entzogene Wasser vom Abgasentfeuchter 12A in einen Befeuchter 12B der Befeuchtereinrichtung 12 übertragen werden kann. The exhaust gas dehumidifier 12A can be designed as part of a humidifier device 12, wherein the water vapor removed from the exhaust gas and/or the water removed from the exhaust gas can be transferred from the exhaust gas dehumidifier 12A into a humidifier 12B of the humidifier device 12.
Der Abgasverflüssiger 14 kann zumindest eine Wasserkondensationseinrichtung 14A und einen Wasserabscheider 14B, der vorzugsweise der Wasserkondensationseinrichtung 14A fluidisch nachgeschaltet ist, aufweisen. The exhaust gas liquefier 14 can have at least one water condensation device 14A and a water separator 14B, which is preferably fluidly connected downstream of the water condensation device 14A.
Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 umfasst ferner eine fluidische Umschalteinrichtung 32, 34, 36, 38, 40 zur Umschaltung zwischen zumindest zwei Schaltkonfigurationen des Abgasentfeuchters 12A und des Abgasverflüssigers 14. The exhaust gas aftertreatment device 10 further comprises a fluidic switching device 32, 34, 36, 38, 40 for switching between at least two switching configurations of the exhaust gas dehumidifier 12A and the exhaust gas condenser 14.
Die Schaltkonfigurationen umfassen eine erste Schaltkonfiguration, in der der Abgasverflüssiger 14 fluidisch vor den Abgasentfeuchter 12A geschaltet ist, und eine zweite Schaltkonfiguration, in der der Abgasverflüssiger 14 fluidisch hinter den Abgasentfeuchter 12A geschaltet ist. Die Schaltkonfigurationen können ferner eine dritte Schaltkonfiguration umfassen, in der zumindest ein Teil des Abgases am Abgasverflüssiger 14 vorbeiführbar ist. The switching configurations include a first switching configuration in which the exhaust gas condenser 14 is fluidly connected in front of the exhaust gas dehumidifier 12A, and a second switching configuration in which the exhaust gas condenser 14 is fluidically connected behind the exhaust gas dehumidifier 12A. The switching configurations can further include a third switching configuration, in which at least part of the exhaust gas can be guided past the exhaust gas liquefier 14.
Der Abgasentfeuchter 12A und der Abgasverflüssiger 14 sind zweckmäßig fluidisch in Reihe geschaltet. Diese Reihenschaltung kann insbesondere wahlweise über eine erste Leitung 32, über die ein Ausgang des Abgasverflüssigers 14 und ein Eingang des Abgasentfeuchters 12A fluidisch verbindbar sind, oder über eine zweite Leitung 34, über die ein Ausgang des Abgasentfeuchters 12A und ein Eingang des Abgasverflüssigers 14 fluidisch verbindbar sind, herstellbar sein. The exhaust gas dehumidifier 12A and the exhaust gas condenser 14 are expediently fluidly connected in series. This series connection can in particular optionally be connected via a first line 32, via which an output of the exhaust gas condenser 14 and an inlet of the exhaust gas dehumidifier 12A can be fluidly connected, or via a second line 34, via which an output of the exhaust gas dehumidifier 12A and an inlet of the exhaust gas condenser 14 can be fluidically connected are, can be produced.
Die Umschalteinrichtung 32, 34, 36, 38, 40 kann, neben der ersten Leitung 32 und zweiten Leitung 34, eine erste Ventileinrichtung 36, eine zweite Ventileinrichtung 38 und eine dritte Ventileinrichtung 40 umfassen. Die Ventileinrichtungen 36, 38, 40 können z. B. jeweils als ein steuerbares Wegeventil und/oder ein steuerbares Umschaltventil ausgeführt sein. The switching device 32, 34, 36, 38, 40 can, in addition to the first line 32 and second line 34, include a first valve device 36, a second valve device 38 and a third valve device 40. The valve devices 36, 38, 40 can, for. B. each be designed as a controllable directional control valve and / or a controllable switching valve.
Die erste Ventileinrichtung 36 kann zwischen dem Einlass 20 und dem Abgasentfeuchter 12A und zwischen dem Einlass 20 und dem Abgasverflüssiger 14 angeordnet sein. Die erste Ventileinrichtung 36 und der Abgasentfeuchter 12A können über eine Abgasentfeuchter- Zuführleitung 22 verbunden sein. Ferner können die erste Ventileinrichtung 36 und der Abgasverflüssiger über eine, vorzugsweise zumindest abschnittweise parallel zur Abgasentfeuchter-Zuführleitung 22 ausgebildete, Abgasverflüssiger-Zuführleitung 26 verbunden sein. The first valve device 36 may be arranged between the inlet 20 and the exhaust gas dehumidifier 12A and between the inlet 20 and the exhaust gas condenser 14. The first Valve device 36 and the exhaust gas dehumidifier 12A can be connected via an exhaust gas dehumidifier supply line 22. Furthermore, the first valve device 36 and the exhaust gas condenser can be connected via an exhaust gas condenser supply line 26, preferably at least partially parallel to the exhaust gas dehumidifier supply line 22.
Die zweite Ventileinrichtung 38 kann zwischen dem Abgasverflüssiger 14 und dem Auslass 30, und vorzugsweise zwischen dem Abgasverflüssiger 14 und der ersten Leitung 32 angeordnet sein. Die zweite Ventileinrichtung 38 kann z. B. in einer Abgasentfeuchter- Abführleitung 24, die den Abgasentfeuchter 12A und den Auslass 30 verbindet, angeordnet sein. Ferner kann die zweite Ventileinrichtung 38 mit einem Ende der ersten Leitung 32 verbunden sein, wobei ein weiteres Ende der ersten Leitung 32 in der Abgasentfeuchter- Zuführleitung 22 mündet. The second valve device 38 can be arranged between the exhaust gas liquefier 14 and the outlet 30, and preferably between the exhaust gas liquefier 14 and the first line 32. The second valve device 38 can z. B. be arranged in an exhaust gas dehumidifier discharge line 24, which connects the exhaust gas dehumidifier 12A and the outlet 30. Furthermore, the second valve device 38 can be connected to one end of the first line 32, with another end of the first line 32 opening into the exhaust gas dehumidifier supply line 22.
Die dritte Ventileinrichtung 40 kann zwischen dem Abgasentfeuchter 12A und dem Auslass 30, und vorzugsweise zwischen dem Abgasentfeuchter 12A und der zweiten Leitung 34 angeordnet sein. Die dritte Ventileinrichtung 40 kann z. B. in einer, vorzugsweise zumindest abschnittweise parallel zur Abgasentfeuchter-Abführleitung 24 ausgebildeten, Abgasverflüssiger-Abführleitung 28, die den Abgasverflüssiger 14 und den Auslass 30 verbindet, angeordnet sein. Ferner kann die dritte Ventileinrichtung 40 mit einem Ende der zweiten Leitung 34 verbunden sein, wobei ein weiteres Ende der zweiten Leitung 34 in der Abgasverflüssiger-Zuführleitung 26 mündet. The third valve device 40 can be arranged between the exhaust gas dehumidifier 12A and the outlet 30, and preferably between the exhaust gas dehumidifier 12A and the second line 34. The third valve device 40 can z. B. in an exhaust gas condenser discharge line 28, preferably at least partially parallel to the exhaust gas dehumidifier discharge line 24, which connects the exhaust gas condenser 14 and the outlet 30. Furthermore, the third valve device 40 can be connected to one end of the second line 34, with another end of the second line 34 opening into the exhaust gas liquefier supply line 26.
In Figur 2 ist die Strömungsrichtung bzw. der Strömungsverlauf des Abgases in der ersten Schaltkonfiguration (gestrichelte Pfeile) und in der zweiten Schaltkonfiguration (durchgezogene Pfeile) dargestellt. In Figure 2, the flow direction or flow profile of the exhaust gas is shown in the first switching configuration (dashed arrows) and in the second switching configuration (solid arrows).
In der ersten Schaltkonfiguration stellt die erste Ventileinrichtung 36 eine Fluidverbindung zwischen dem Einlass 20 und dem Abgasverflüssiger 14 her und trennt eine Fluidverbindung zwischen dem Einlass 20 und dem Abgasentfeuchter 12A, sodass das Abgas vom Einlass 20 zunächst zum Abgasverflüssiger 14 geführt wird und den Abgasverflüssiger 14 durchströmt. In the first switching configuration, the first valve device 36 establishes a fluid connection between the inlet 20 and the exhaust gas liquefier 14 and separates a fluid connection between the inlet 20 and the exhaust gas dehumidifier 12A, so that the exhaust gas from the inlet 20 is first led to the exhaust gas liquefier 14 and flows through the exhaust gas liquefier 14 .
Die zweite Ventileinrichtung 38 stellt eine Fluidverbindung zwischen dem Abgasverflüssiger 14 und dem Abgasentfeuchter 12A her und trennt eine Fluidverbindung zwischen dem Abgasverflüssiger 14 und dem Auslass 30, sodass das Abgas über die zweite Leitung 32 vom Abgasverflüssiger 14 zum Abgasentfeuchter 12A geführt wird und dann den Abgasverflüssiger 14 durchströmt. The second valve device 38 establishes fluid communication between the exhaust gas condenser 14 and the exhaust gas dehumidifier 12A and separates fluid communication between the exhaust gas condenser 14 and the outlet 30 so that the exhaust gas is discharged via the second line 32 from the exhaust gas condenser 12A Exhaust gas liquefier 14 is led to the exhaust gas dehumidifier 12A and then flows through the exhaust gas liquefier 14.
Die dritte Ventileinrichtung 40 stellt eine Fluidverbindung zwischen dem Abgasentfeuchter 12A und dem Auslass 30 her und trennt eine Fluidverbindung zwischen dem Abgasentfeuchter 12A und dem Abgasverflüssiger 14, sodass das Abgas schließlich zum Auslass 30 geführt wird, um z. B. an die Umgebung ausgelassen zu werden. The third valve device 40 establishes a fluid connection between the exhaust gas dehumidifier 12A and the outlet 30 and separates a fluid connection between the exhaust gas dehumidifier 12A and the exhaust gas condenser 14, so that the exhaust gas is finally led to the outlet 30, for example. B. to be released into the environment.
In der zweiten Schaltkonfiguration stellt die erste Ventileinrichtung 36 die Fluidverbindung zwischen dem Einlass 20 und dem Abgasentfeuchter 12A her und trennt die Fluidverbindung zwischen dem Einlass 20 und dem Abgasverflüssiger 14, sodass das Abgas vom Einlass 20 zunächst zum Abgasentfeuchter 12A geführt wird und den Abgasentfeuchter 12A durchströmt. In the second switching configuration, the first valve device 36 establishes the fluid connection between the inlet 20 and the exhaust gas dehumidifier 12A and separates the fluid connection between the inlet 20 and the exhaust gas liquefier 14, so that the exhaust gas from the inlet 20 is first guided to the exhaust gas dehumidifier 12A and flows through the exhaust gas dehumidifier 12A .
Die dritte Ventileinrichtung 40 stellt die Fluidverbindung zwischen dem Abgasentfeuchter 12A und dem Abgasverflüssiger 14 her und die Fluidverbindung zwischen dem Abgasentfeuchter 12A und dem Auslass 30, sodass das Abgas über die zweite Leitung 34 vom Abgasentfeuchter 12A zum Abgasverflüssiger 14 geführt wird und dann den Abgasverflüssiger 14 durchströmt. The third valve device 40 establishes the fluid connection between the exhaust gas dehumidifier 12A and the exhaust gas liquefier 14 and the fluid connection between the exhaust gas dehumidifier 12A and the outlet 30, so that the exhaust gas is guided via the second line 34 from the exhaust gas dehumidifier 12A to the exhaust gas liquefier 14 and then flows through the exhaust gas liquefier 14 .
Die zweite Ventileinrichtung 38 stellt die Fluidverbindung zwischen dem Abgasverflüssiger 14 und dem Auslass 30 her und trennt die Fluidverbindung zwischen dem Abgasverflüssiger 14 und dem Abgasentfeuchter 12A, sodass das Abgas schließlich zum Auslass 30 geführt wird, um z. B. an die Umgebung ausgelassen zu werden. The second valve device 38 establishes the fluid connection between the exhaust gas condenser 14 and the outlet 30 and separates the fluid connection between the exhaust gas condenser 14 and the exhaust gas dehumidifier 12A, so that the exhaust gas is finally guided to the outlet 30, for example. B. to be released into the environment.
In Figur 3 ist die Strömungsrichtung bzw. der Strömungsverlauf des Abgases in der dritten Schaltkonfiguration (durchgezogene Pfeile) dargestellt. In Figure 3, the flow direction or flow profile of the exhaust gas is shown in the third switching configuration (solid arrows).
Die zweite Ventileinrichtung 38 und die dritte Ventileinrichtung 40 sind wie in der ersten Schaltkonfiguration geschaltet, während die erste Ventilerrichtung 36 sowohl die Fluidverbindung zwischen dem Einlass 20 und dem Abgasverflüssiger 14 als auch die Fluidverbindung zwischen dem Einlass 20 und dem Abgasentfeuchter 12A herstellt. The second valve device 38 and the third valve device 40 are switched as in the first switching configuration, while the first valve device 36 establishes both the fluid connection between the inlet 20 and the exhaust gas condenser 14 and the fluid connection between the inlet 20 and the exhaust gas dehumidifier 12A.
Somit wird das Abgas von der ersten Ventileinrichtung 36 aufgeteilt, sodass ein erster Teil des Abgases zum Abgasverflüssiger 14 und gleichzeitig ein zweiter Teil des Abgases zum Abgasentfeuchter 12A geführt wird. The exhaust gas is thus divided by the first valve device 36 so that a first part of the exhaust gas is led to the exhaust gas liquefier 14 and at the same time a second part of the exhaust gas is led to the exhaust gas dehumidifier 12A.
Der erste Teil des Abgases wird nach der Durchströmung des Abgasverflüssigers 14 über die zweite Leitung 32 zum Abgasentfeuchter 12A geführt, durchströmt den Abgasverflüssiger 14, und wird schließlich zum Auslass 30 geführt. Der zweite Teil des Abgases wird nach der Durchströmung des Abgasentfeuchters 12A zum Auslass geführt, ohne den Abgasverflüssiger 14 durchströmt zu haben. After flowing through the exhaust gas condenser 14, the first part of the exhaust gas is led via the second line 32 to the exhaust gas dehumidifier 12A, flows through the exhaust gas condenser 14, and is finally led to the outlet 30. The second part of the exhaust gas is after the Flow through the exhaust gas dehumidifier 12A led to the outlet without having flowed through the exhaust gas condenser 14.
Die Abgasentfeuchter-Zuführleitung 22 und die Abgasentfeuchter-Abführleitung 24 dienen für den zweiten T eil des Abgases somit als ein Bypass, der den zweiten Teil am Abgasverflüssiger vorbeiführt. The exhaust gas dehumidifier supply line 22 and the exhaust gas dehumidifier discharge line 24 thus serve as a bypass for the second part of the exhaust gas, which leads the second part past the exhaust gas condenser.
Figur 4 zeigt beispielhaft, welche Schaltkonfiguration in Abhängigkeit der Stromdichte des Wasserdampfs zu wählen ist, um so die größte Wassergewinnung mittels des Abgasverflüssigers 14 zu erzielen, ohne die Funktionsfähigkeit des Abgasentfeuchters 12A bzw. der Befeuchtereinrichtung 12 zu beeinträchtigen. Figure 4 shows an example of which switching configuration should be selected depending on the current density of the water vapor in order to achieve the greatest water production by means of the exhaust gas liquefier 14 without impairing the functionality of the exhaust gas dehumidifier 12A or the humidifier device 12.
So sind Verläufe eines Massenstroms an mit der Wasserkondensationseinrichtung 14A kondensiertem Wasser, welches im Wasserabscheider 14B abgeschieden wird, in Abhängigkeit von einer Stromdichte aufgezeigt, und zwar vor dem Abgasentfeuchter 12A (gestrichelte Linie) und hinter dem Abgasentfeuchter 12A (durchgezogene Linie) in Strömungsrichtung des Abgases. Thus, courses of a mass flow of water condensed with the water condensation device 14A, which is separated in the water separator 14B, are shown as a function of a current density, namely in front of the exhaust gas dehumidifier 12A (dashed line) and behind the exhaust gas dehumidifier 12A (solid line) in the flow direction of the exhaust gas .
Für eine Umgebungstemperatur von 20°C und einer Umgebungsfeuchtigkeit von 60% steigen beide Massenströme mit steigender Stromdichte stetig an, wobei der Massenstrom hinter dem Abgasentfeuchter 12A unterhalb einer Stromdichte von etwa 0,9 A/cm2 stets größer ist als der Massenstrom vor dem Abgasentfeuchter 12A. In diesem Bereich, d. h. unterhalb einer Stromdichte von etwa 0,9 A/cm2, ist die zweite Schaltkonfiguration zu wählen, um so die größte Wassergewinnung mittels des Abgasverflüssigers 14 zu erzielen. For an ambient temperature of 20° C. and an ambient humidity of 60%, both mass flows increase steadily with increasing current density, with the mass flow behind the exhaust gas dehumidifier 12A always being greater than the mass flow in front of the exhaust gas dehumidifier below a current density of approximately 0.9 A/cm 2 12A. In this range, ie below a current density of approximately 0.9 A/cm 2 , the second switching configuration must be selected in order to achieve the greatest water recovery using the exhaust gas condenser 14.
Oberhalb einer Stromdichte von etwa 0,9 A/cm2 ist der Massenstrom vor dem Abgasentfeuchter 12A stets größer als der Massenstrom hinter dem Abgasentfeuchter 12A. Es hat sich herausgestellt, dass in einem Übergangsbereich von etwa 0,9 A/cm2 bis etwa 1 ,05 A/cm2 die dritte Schaltkonfiguration zur größten Wassergewinnung führt. Bei einer Stromdichte oberhalb von etwa 1 ,05 A/cm2 ist die erste Schaltkonfiguration zu wählen. Above a current density of approximately 0.9 A/cm 2, the mass flow in front of the exhaust gas dehumidifier 12A is always greater than the mass flow behind the exhaust gas dehumidifier 12A. It has been found that in a transition range from approximately 0.9 A/cm 2 to approximately 1.05 A/cm 2 the third switching configuration leads to the greatest water recovery. If the current density is above approximately 1.05 A/cm 2 , the first switching configuration should be selected.
Allgemein kann die Umschalteinrichtung 32, 34, 36, 38, 40 zur Umschaltung zwischen den Schaltkonfigurationen in Abhängigkeit zumindest einer der folgenden Bedingungen gesteuert werden: zumindest eine Betriebsbedingung und/oder ein Betriebspunkt der Brennstoffzellenanordnung 50, - zumindest eine Umgebungsbedingung der Brennstoffzellenanordnung 50 und/oder der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10, ein Gesamtdruck des Abgases bei Eintritt des Abgases in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10, und/oder In general, the switching device 32, 34, 36, 38, 40 can be controlled to switch between the switching configurations depending on at least one of the following conditions: at least one operating condition and / or an operating point of the fuel cell arrangement 50, - at least one environmental condition of the fuel cell arrangement 50 and/or the exhaust gas aftertreatment device 10, a total pressure of the exhaust gas when the exhaust gas enters the exhaust gas aftertreatment device 10, and/or
- ein Anteil, vorzugsweise ein Molanteil, ein Massenstrom und/oder eine Stromdichte, an Wasserdampf im Abgas bei Eintritt des Abgases in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10. - a proportion, preferably a molar proportion, a mass flow and/or a current density, of water vapor in the exhaust gas when the exhaust gas enters the exhaust gas aftertreatment device 10.
Dazu kann die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 ferner eine (nicht gezeigte) Steuereinrichtung zur Steuerung der Umschalteinrichtung 32, 34, 36, 38, 40 umfassen. For this purpose, the exhaust gas aftertreatment device 10 can further comprise a control device (not shown) for controlling the switching device 32, 34, 36, 38, 40.
Figur 5 zeigt schematisch eine Antriebsvorrichtung 100, welche eineFigure 5 shows schematically a drive device 100, which has a
Brennstoffzellenanordnung 50 und die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 umfasst. Fuel cell arrangement 50 and the exhaust gas aftertreatment device 10 includes.
Die Antriebsvorrichtung 100 kann ferner einen Ansaugtrakt 60 und einen Abgastrakt 70 umfassen. The drive device 100 may further include an intake tract 60 and an exhaust tract 70.
Der Ansaugtrakt 60 dient zweckmäßig zur Bereitstellung von Luft, insbesondere Sauerstoff, für die Brennstoffzellenanordnung 50. Luft, die nicht in der Brennstoffzellenanordnung 50 reagiert hat, wird, angereichert mit dem in der Brennstoffzellenanordnung 50 entstandenen Wasser(dampf), über den Abgastrakt 70 abgeführt. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 kann dabei als Teil des Abgastrakts 70 ausgeführt sein. The intake tract 60 expediently serves to provide air, in particular oxygen, for the fuel cell arrangement 50. Air that has not reacted in the fuel cell arrangement 50 is discharged via the exhaust tract 70, enriched with the water (steam) created in the fuel cell arrangement 50. The exhaust gas aftertreatment device 10 can be designed as part of the exhaust tract 70.
Da die Luft, insbesondere der in der Luft vorhandene Sauerstoff, den Kathoden in den Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung 50 zugeführt wird, werden der Ansaugtrakt 60 und der Abgastrakt 70 auch als Kathodenpfad bezeichnet. Der Ansaugtrakt 60 bildet dabei die Zuluftseite des Kathodenpfads und der Abgastrakt 70 bildet die Abgasseite des Kathodenpfads. Since the air, in particular the oxygen present in the air, is supplied to the cathodes in the fuel cells of the fuel cell arrangement 50, the intake tract 60 and the exhaust tract 70 are also referred to as the cathode path. The intake tract 60 forms the supply air side of the cathode path and the exhaust tract 70 forms the exhaust side of the cathode path.
Der Befeuchter 12B der Befeuchtereinrichtung 12 kann im Ansaugtrakt 60 angeordnet sein, um so den aus dem Abgas entzogenen Wasserdampf und/oder das aus dem Abgas entzogene Wasser von dem Abgastrakt 60 in den Ansaugtrakt 70 zu übertragen und so die angesaugte Luft zu befeuchten. The humidifier 12B of the humidifier device 12 can be arranged in the intake tract 60 in order to transfer the water vapor extracted from the exhaust gas and/or the water extracted from the exhaust gas from the exhaust tract 60 into the intake tract 70 and thus to humidify the sucked in air.
Der Befeuchter 12B kann z. B. in einer Leitung 64A des Ansaugtrakts 60 angeordnet sein, wobei eine weitere Leitung 64B des Ansaugtrakts parallel zur Leitung 64A angeordnet sein kann. Die Leitung 64B kann ein Ventil 66 aufweisen, um den Anteil an Luft, der durch die Leitung 64B geführt wird, zu steuern. Entsprechend wird dadurch auch der Anteil an Luft, der durch die Leitung 64A geführt wird und damit zusätzlich durch den Befeuchter 12B befeuchtet wird, beeinflusst. The humidifier 12B can z. B. be arranged in a line 64A of the intake tract 60, wherein a further line 64B of the intake tract can be arranged parallel to the line 64A. Line 64B may include a valve 66 to control the amount of air passed through line 64B. This also increases the proportion of air is guided through the line 64A and is therefore additionally humidified by the humidifier 12B.
Der Ansaugtakt 60 kann ferner einen Verdichter 68 zum Verdichten der Luft umfassen. The intake stroke 60 may further include a compressor 68 for compressing the air.
Die Antriebsvorrichtung 100 kann ferner einen zweiten Ansaugtrakt 80 und einen zweiten Abgastrakt 90 umfassen. The drive device 100 may further include a second intake tract 80 and a second exhaust tract 90.
Der zweite Ansaugtrakt 80 dient zur Bereitstellung von Wasserstoff aus einer (nicht gezeigten) Wasserstoffquelle für die Brennstoffzellenanordnung 50. Wasserstoff, der nicht in der Brennstoffzellenanordnung 50 reagiert hat, kann über den zweiten Abgastrakt 90 wieder aus der Brennstoffzellenanordnung, z. B. in Richtung der Wasserstoffquelle, abgeführt werden. Ferner ist es auch möglich, dass der nicht reagierte Wasserstoff aus dem zweiten Abgastrakt 90 in den zweiten Ansaugtrakt 80 zurückgeführt wird, z. B. über eine Zwischenleitung 84, die eine Fördereinrichtung 86 zur Förderung des Wasserstoffs in Richtung des zweiten Ansaugtrakts 80 aufweisen kann. The second intake tract 80 serves to provide hydrogen from a hydrogen source (not shown) for the fuel cell arrangement 50. Hydrogen that has not reacted in the fuel cell arrangement 50 can be released from the fuel cell arrangement again via the second exhaust tract 90, e.g. B. in the direction of the hydrogen source. Furthermore, it is also possible for the unreacted hydrogen from the second exhaust tract 90 to be returned to the second intake tract 80, e.g. B. via an intermediate line 84, which can have a conveyor 86 for conveying the hydrogen in the direction of the second intake tract 80.
Da der Wasserstoff den Anoden in den Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung 50 zugeführt wird, werden der zweite Ansaugtrakt 80 und der zweite Abgastrakt 90 auch als Anodenpfad bezeichnet. Der zweite Ansaugtrakt 80 bildet dabei die Zuluftseite des Anodenpfads und der zweite Abgastrakt 90 bildet die Abgasseite des Anodenpfads. Since the hydrogen is supplied to the anodes in the fuel cells of the fuel cell arrangement 50, the second intake tract 80 and the second exhaust tract 90 are also referred to as anode path. The second intake tract 80 forms the supply air side of the anode path and the second exhaust tract 90 forms the exhaust side of the anode path.
Üblicherweise wird das Wasser bzw. der Wasserdampf auf Kathodenseite der Brennstoffzellenanordnung 50 erzeugt und mit der nicht reagierten Luft über den Abgastrakt 70 abgeführt. Da es möglich ist, dass ein kleiner Teil des Wassers mit dem nicht reagierten Wasserstoff über den zweiten Abgastrakt 90 abgeführt wird, kann im zweiten Abgastrakt 90 z. B. einen Wasserabscheider 92 angeordnet sein. Ferner ist auch vorstellbar, dass der zweite Abgastrakt 90 eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung analog zur Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 aufweist. Typically, the water or water vapor is generated on the cathode side of the fuel cell arrangement 50 and discharged with the unreacted air via the exhaust tract 70. Since it is possible that a small part of the water with the unreacted hydrogen is discharged via the second exhaust tract 90, z. B. a water separator 92 may be arranged. Furthermore, it is also conceivable that the second exhaust tract 90 has an exhaust gas aftertreatment device analogous to the exhaust gas aftertreatment device 10.
Der Ansaugtrakt 60 kann ferner einen Wärmeübertrager 62, z. B. einen Ladeluftkühler, aufweisen. Der zweite Ansaugtrakt 80 kann ferner einen Wärmeübertrager 82, z. B. einen Kühler oder Heizer für den Wasserstoff, aufweisen. Die beiden Wärmeübertrager 62, 82 können für eine thermische Konditionierung der zugeführten Luft bzw. des zugeführten Wasserstoffs genutzt werden. Ferner können der Ansaugtrakt 60, der Abgastrakt 70, der zweite Ansaugtrakt 80 und/oder der zweite Abgastrakt 90 jeweils ein Ventil 72, 88, 94 zur Regulierung des jeweiligen Gases aufweisen. The intake tract 60 can also have a heat exchanger 62, e.g. B. have an intercooler. The second intake tract 80 can also have a heat exchanger 82, e.g. B. have a cooler or heater for the hydrogen. The two heat exchangers 62, 82 can be used for thermal conditioning of the supplied air or the supplied hydrogen. Furthermore, the intake tract 60, the exhaust tract 70, the second intake tract 80 and/or the second exhaust tract 90 can each have a valve 72, 88, 94 for regulating the respective gas.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Insbesondere sind die einzelnen Merkmale der unabhängigen Ansprüche jeweils unabhängig voneinander offenbart. Zusätzlich sind auch die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von sämtlichenThe invention is not limited to the preferred embodiments described above. Rather, a large number of variants and modifications are possible, which also make use of the inventive idea and therefore fall within the scope of protection. In particular, the invention also claims protection for the subject matter and features of the subclaims, regardless of the claims referred to. In particular, the individual features of the independent claims are each disclosed independently of one another. In addition, the features of the subclaims are also independent of all
Merkmalen der unabhängigen Ansprüche offenbart. Features of the independent claims disclosed.
Bezugszeichenliste Reference symbol list
10 Abgasnachbehandlungsvorrichtung10 Exhaust gas aftertreatment device
12 Befeuchtereinrichtung 12 humidifier device
12A Abgasentfeuchter 12A exhaust gas dehumidifier
12B Befeuchter 12B humidifier
14 Abgasverflüssiger 14 exhaust gas condensers
14A Wasserkondensationseinrichtung14A water condensation device
14B Wasserabscheider 14B water separator
20 Einlass 20 entrance
22 Abgasentfeuchter-Zuführleitung22 Exhaust gas dehumidifier supply line
24 Abgasentfeuchter-Abführleitung24 Exhaust gas dehumidifier discharge line
26 Abgasverflüssiger-Zuführleitung26 Exhaust gas condenser supply line
28 Abgasverflüssiger- Abführleitung28 Exhaust gas condenser discharge line
30 Auslass 30 outlet
32 Erste Leitung 32 First line
34 Zweite Leitung 34 Second line
36 Erste Ventileinrichtung 36 First valve device
38 Zweite Ventileinrichtung 38 Second valve device
40 Dritte Ventileinrichtung 40 Third valve device
50 Brennstoffzellenanordnung 50 fuel cell arrangement
60 Ansaugtrakt 60 intake tract
62 Wärmeübertrager 62 heat exchangers
64A, 64B Leitung 64A, 64B line
66, 72, 88, 94 Ventil 66, 72, 88, 94 valve
68 Verdichter 68 compressors
70 Abgastrakt 70 exhaust tract
80 Zweiter Ansaugtrakt 80 Second intake tract
82 Wärmeübertrager 82 heat exchangers
84 Zwischenleitung 84 intermediate line
86 Fördereinrichtung 86 funding facility
90 Zweiter Abgastrakt 90 Second exhaust tract
92 Wasserabscheider 92 water separators
100 Antriebsvorrichtung 100 drive device

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) für eine Brennstoffzellenanordnung (50), umfassend: einen Einlass (20), der zur Aufnahme eines aus der Brennstoffzellenanordnung (50) abgeführten Abgases, insbesondere von mit Wasserdampf und/oder Wasser angereicherter Luft, mit der Brennstoffzellenanordnung (50) fluidisch verbindbar ist; einen Auslass (30) zum Auslassen des Abgases nach einem Durchströmen der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10); einen Abgasentfeuchter (12A) zum Entziehen von Wasser und/oder Wasserdampf aus dem Abgas; einen Abgasverflüssiger (14) zum Verflüssigen und/oder Abscheiden von Wasser aus dem Abgas, wobei der Abgasentfeuchter (12A) und der Abgasverflüssiger (14) fluidisch in Reihe geschaltet sind; und eine fluidische Umschalteinrichtung (32, 34, 36, 38, 40) zur Umschaltung zwischen zumindest zwei Schaltkonfigurationen des Abgasentfeuchters (12A) und des Abgasverflüssigers (14), wobei die Schaltkonfigurationen umfassen: a) eine erste Schaltkonfiguration, in der der Abgasverflüssiger (14) fluidisch vor den Abgasentfeuchter (12A) geschaltet ist, und b) eine zweite Schaltkonfiguration, in der der Abgasverflüssiger (14) fluidisch hinter den Abgasentfeuchter (12A) geschaltet ist. 1. Exhaust gas aftertreatment device (10) for a fuel cell arrangement (50), comprising: an inlet (20), which is used to receive an exhaust gas discharged from the fuel cell arrangement (50), in particular air enriched with water vapor and / or water, with the fuel cell arrangement (50 ) can be fluidically connected; an outlet (30) for discharging the exhaust gas after flowing through the exhaust gas aftertreatment device (10); an exhaust gas dehumidifier (12A) for removing water and/or water vapor from the exhaust gas; an exhaust gas liquefier (14) for liquefying and/or separating water from the exhaust gas, the exhaust gas dehumidifier (12A) and the exhaust gas liquefier (14) being fluidically connected in series; and a fluidic switching device (32, 34, 36, 38, 40) for switching between at least two switching configurations of the exhaust gas dehumidifier (12A) and the exhaust gas condenser (14), the switching configurations comprising: a) a first switching configuration in which the exhaust gas condenser (14 ) is fluidly connected in front of the exhaust gas dehumidifier (12A), and b) a second switching configuration in which the exhaust gas liquefier (14) is fluidically connected behind the exhaust gas dehumidifier (12A).
2. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , wobei die Schaltkonfigurationen ferner eine dritte Schaltkonfiguration umfassen, in der zumindest ein Teil des Abgases am Abgasverflüssiger (14) vorbeiführbar ist. 2. Exhaust gas aftertreatment device (10) according to claim 1, wherein the switching configurations further comprise a third switching configuration, in which at least part of the exhaust gas can be guided past the exhaust gas liquefier (14).
3. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Umschalteinrichtung (32, 34, 36, 38, 40) eine erste Leitung (32), über die ein Ausgang des Abgasverflüssigers (14) und ein Eingang des Abgasentfeuchters (12A) fluidisch verbindbar sind, und eine zweite Leitung (34), über die ein Ausgang des Abgasentfeuchters (12A) und ein Eingang des Abgasverflüssigers (14) fluidisch verbindbar sind, umfasst. 3. Exhaust gas aftertreatment device (10) according to claim 1 or 2, wherein the switching device (32, 34, 36, 38, 40) has a first line (32), via which an output of the exhaust gas liquefier (14) and an inlet of the exhaust gas dehumidifier (12A) are fluidically connectable, and a second line (34), via which an output of the exhaust gas dehumidifier (12A) and an inlet of the exhaust gas liquefier (14) are fluidically connectable.
4. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umschalteinrichtung (32, 34, 36, 38, 40) mehrere, vorzugsweise zumindest drei, Ventileinrichtungen (36, 38, 40) umfasst. 5. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 3 und 4, wobei die mehreren Ventileinrichtungen (36, 38, 40) derart steuerbar sind, dass das Abgas a) in der ersten Schaltkonfiguration zunächst den Abgasverflüssiger (14) durchströmt, über die erste Leitung (32) zum Abgasentfeuchter (12A) geführt wird, und dann den Abgasentfeuchter (12A) durchströmt, und a) in der zweiten Schaltkonfiguration zunächst den Abgasentfeuchter (12A) durchströmt, über die zweite Leitung (34) zum Abgasverflüssiger (14) geführt wird, und dann den Abgasverflüssiger (14) durchströmt. 4. Exhaust gas aftertreatment device (10) according to one of the preceding claims, wherein the switching device (32, 34, 36, 38, 40) comprises several, preferably at least three, valve devices (36, 38, 40). 5. Exhaust gas aftertreatment device (10) according to claim 3 and 4, wherein the plurality of valve devices (36, 38, 40) can be controlled in such a way that the exhaust gas a) in the first switching configuration first flows through the exhaust gas liquefier (14) via the first line (32 ) is led to the exhaust gas dehumidifier (12A), and then flows through the exhaust gas dehumidifier (12A), and a) in the second switching configuration first flows through the exhaust gas dehumidifier (12A), is led via the second line (34) to the exhaust gas liquefier (14), and then flows through the exhaust gas condenser (14).
6. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die mehreren Ventileinrichtungen (36, 38, 40) jeweils als ein steuerbares Wegeventil und/oder ein steuerbares Umschaltventil ausgeführt sind. 6. Exhaust gas aftertreatment device (10) according to claim 4 or 5, wherein the plurality of valve devices (36, 38, 40) are each designed as a controllable directional control valve and / or a controllable changeover valve.
7. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umschalteinrichtung (32, 34, 36, 38, 40) eine erste Ventileinrichtung (36) umfasst, die zwischen dem Einlass (20) und dem Abgasentfeuchter (12A) und zwischen dem Einlass (20) und dem Abgasverflüssiger (14) angeordnet ist. 7. Exhaust gas aftertreatment device (10) according to one of the preceding claims, wherein the switching device (32, 34, 36, 38, 40) comprises a first valve device (36) which is between the inlet (20) and the exhaust gas dehumidifier (12A) and between the Inlet (20) and the exhaust gas liquefier (14) is arranged.
8. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umschalteinrichtung (32, 34, 36, 38, 40) eine erste Ventileinrichtung (36) umfasst, die ausgebildet ist, a) in der ersten Schaltkonfiguration eine Fluidverbindung zwischen dem Einlass (20) und dem Abgasentfeuchter (12A) zu trennen und eine Fluidverbindung zwischen dem Einlass (20) und dem Abgasverflüssiger (14) herzustellen, und/oder b) in der zweiten Schaltkonfiguration die Fluidverbindung zwischen dem Einlass (20) und dem Abgasentfeuchter (12A) herzustellen und die Fluidverbindung zwischen dem Einlass (20) und dem Abgasverflüssiger (14) zu trennen. 8. Exhaust gas aftertreatment device (10) according to one of the preceding claims, wherein the switching device (32, 34, 36, 38, 40) comprises a first valve device (36) which is designed, a) in the first switching configuration, a fluid connection between the inlet ( 20) and the exhaust gas dehumidifier (12A) and to establish a fluid connection between the inlet (20) and the exhaust gas liquefier (14), and / or b) in the second switching configuration, the fluid connection between the inlet (20) and the exhaust gas dehumidifier (12A) to produce and to separate the fluid connection between the inlet (20) and the exhaust gas condenser (14).
9. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 2 und 8, wobei die erste Ventileinrichtung (36) ferner ausgebildet ist, in der dritten Schaltkonfiguration die Fluidverbindung zwischen dem Einlass (20) und dem Abgasentfeuchter (12A) herzustellen, und die Fluidverbindung zwischen dem Einlass (20) und dem Abgasverflüssiger (14) herzustellen. 9. Exhaust gas aftertreatment device (10) according to claim 2 and 8, wherein the first valve device (36) is further designed to establish the fluid connection between the inlet (20) and the exhaust gas dehumidifier (12A) in the third switching configuration, and the fluid connection between the inlet ( 20) and the exhaust gas condenser (14).
10. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umschalteinrichtung (32, 34, 36, 38, 40) eine zweite Ventileinrichtung (38) umfasst, die zwischen dem Abgasverflüssiger (14) und dem Auslass (30), und vorzugsweise zwischen dem Abgasverflüssiger (14) und einer ersten Leitung (32) der Umschalteinrichtung (32, 34, 36, 38, 40), angeordnet ist. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umschalteinrichtung (32, 34, 36, 38, 40) eine zweite Ventileinrichtung (38) umfasst, die ausgebildet ist, a) in der ersten Schaltkonfiguration, und vorzugsweise in der dritten Schaltkonfiguration, eine Fluidverbindung zwischen dem Abgasverflüssiger (14) und dem Auslass (30) zu trennen und eine Fluidverbindung zwischen dem Abgasverflüssiger (14) und dem Abgasentfeuchter (12A) herzustellen, und/oder b) in der zweiten Schaltkonfiguration die Fluidverbindung zwischen dem Abgasverflüssiger (14) und dem Auslass (30) herzustellen und die Fluidverbindung zwischen dem Abgasverflüssiger (14) und dem Abgasentfeuchter (12A) zu trennen. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umschalteinrichtung (32, 34, 36, 38, 40) eine dritte Ventileinrichtung (40) umfasst, die zwischen dem Abgasentfeuchter (12A) und dem Auslass (30), und vorzugsweise zwischen dem Abgasentfeuchter (12A) und einer zweiten Leitung (34) der Umschalteinrichtung (32, 34, 36, 38, 40), angeordnet ist. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umschalteinrichtung (32, 34, 36, 38, 40) eine dritte Ventileinrichtung (40) umfasst, die ausgebildet ist, a) in der ersten Schaltkonfiguration, und vorzugsweise in einer dritten Schaltkonfiguration, eine Fluidverbindung zwischen dem Abgasentfeuchter (12A) und dem Abgasverflüssiger (14) zu trennen und eine Fluidverbindung zwischen dem Abgasentfeuchter (12A) und dem Auslass (30) herzustellen, und/oder b) in der zweiten Schaltkonfiguration die Fluidverbindung zwischen dem Abgasentfeuchter (12A) und dem Abgasverflüssiger (14) herzustellen und die Fluidverbindung zwischen dem Abgasentfeuchter (12A) und dem Auslass (30) zu trennen. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) ferner eine Steuereinrichtung umfasst, die ausgebildet ist, die Umschalteinrichtung (32, 34, 36, 38, 40) zur Umschaltung zwischen zumindest zwei Schaltkonfigurationen des Abgasentfeuchters (12A) und des Abgasverflüssigers (14) in Abhängigkeit zumindest einer der folgenden Bedingungen zu steuern: zumindest eine Betriebsbedingung und/oder ein Betriebspunkt der Brennstoffzellenanordnung (50); zumindest eine Umgebungsbedingung der Brennstoffzellenanordnung (50) und/oder der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10); ein Gesamtdruck des Abgases bei Eintritt des Abgases in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10); und/oder ein Anteil, vorzugsweise ein Molanteil, ein Massenstrom und/oder eine Stromdichte, an Wasserdampf im Abgas bei Eintritt des Abgases in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10). Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abgasverflüssiger (14) zumindest eine Wasserkondensationseinrichtung (14A) und einen Wasserabscheider (14B), der vorzugsweise der Wasserkondensationseinrichtung (14A) fluidisch nachgeschaltet ist, aufweist. Antriebsvorrichtung (100) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, umfassend: eine Brennstoffzellenanordnung (50); und eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Antriebsvorrichtung (100) nach Anspruch 16, ferner umfassend: einen Ansaugtrakt (60), vorzugsweise eine Zuluftseite eines Kathodenpfads für die Brennstoffzellenanordnung (50), zur Bereitstellung von Luft, insbesondere Sauerstoff, für die Brennstoffzellenanordnung (50); und einen Abgastrakt (70), vorzugsweise eine Abgasseite des Kathodenpfads, zum Abführen von Abgas, insbesondere von mit Wasserdampf und/oder Wasser angereicherter Luft, aus der Brennstoffzellenanordnung (50), wobei die Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) als Teil des Abgastrakts (70) ausgeführt ist. Antriebsvorrichtung (100) nach Anspruch 17, wobei der Abgasentfeuchter (12A) als Teil einer Befeuchtereinrichtung (12) zur Übertragung des aus dem Abgas entzogenen Wasserdampfs und/oder dem aus dem Abgas entzogenen Wasser von dem Abgastrakt in den Ansaugtrakt ausgeführt ist. 10. Exhaust gas aftertreatment device (10) according to one of the preceding claims, wherein the switching device (32, 34, 36, 38, 40) comprises a second valve device (38), which is arranged between the exhaust gas liquefier (14) and the outlet (30), and preferably between the exhaust gas liquefier (14) and a first line (32) of the switching device (32, 34, 36, 38, 40). Exhaust gas aftertreatment device (10) according to one of the preceding claims, wherein the switching device (32, 34, 36, 38, 40) comprises a second valve device (38) which is designed a) in the first switching configuration, and preferably in the third switching configuration, to separate a fluid connection between the exhaust gas liquefier (14) and the outlet (30) and to establish a fluid connection between the exhaust gas liquefier (14) and the exhaust gas dehumidifier (12A), and / or b) in the second switching configuration, the fluid connection between the exhaust gas liquefier (14) and the outlet (30) and to separate the fluid connection between the exhaust gas condenser (14) and the exhaust gas dehumidifier (12A). Exhaust gas aftertreatment device (10) according to one of the preceding claims, wherein the switching device (32, 34, 36, 38, 40) comprises a third valve device (40) which is between the exhaust gas dehumidifier (12A) and the outlet (30), and preferably between the Exhaust gas dehumidifier (12A) and a second line (34) of the switching device (32, 34, 36, 38, 40) is arranged. Exhaust gas aftertreatment device (10) according to one of the preceding claims, wherein the switching device (32, 34, 36, 38, 40) comprises a third valve device (40) which is designed a) in the first switching configuration, and preferably in a third switching configuration, to separate a fluid connection between the exhaust gas dehumidifier (12A) and the exhaust gas liquefier (14) and to establish a fluid connection between the exhaust gas dehumidifier (12A) and the outlet (30), and / or b) in the second switching configuration, the fluid connection between the exhaust gas dehumidifier (12A) and the exhaust gas condenser (14) and to separate the fluid connection between the exhaust gas dehumidifier (12A) and the outlet (30). Exhaust gas aftertreatment device (10) according to one of the preceding claims, wherein the exhaust gas aftertreatment device (10) further comprises a control device which is designed to switch between the switching device (32, 34, 36, 38, 40). to control at least two switching configurations of the exhaust gas dehumidifier (12A) and the exhaust gas liquefier (14) depending on at least one of the following conditions: at least one operating condition and / or an operating point of the fuel cell arrangement (50); at least one environmental condition of the fuel cell arrangement (50) and/or the exhaust gas aftertreatment device (10); a total pressure of the exhaust gas when the exhaust gas enters the exhaust gas aftertreatment device (10); and/or a proportion, preferably a molar proportion, a mass flow and/or a current density, of water vapor in the exhaust gas when the exhaust gas enters the exhaust gas aftertreatment device (10). Exhaust gas aftertreatment device (10) according to one of the preceding claims, wherein the exhaust gas liquefier (14) has at least one water condensation device (14A) and a water separator (14B), which is preferably fluidically connected downstream of the water condensation device (14A). Drive device (100) for a motor vehicle, in particular a commercial vehicle, comprising: a fuel cell arrangement (50); and an exhaust gas aftertreatment device (10) according to one of the preceding claims. Drive device (100) according to claim 16, further comprising: an intake tract (60), preferably a supply air side of a cathode path for the fuel cell arrangement (50), for providing air, in particular oxygen, for the fuel cell arrangement (50); and an exhaust gas tract (70), preferably an exhaust gas side of the cathode path, for discharging exhaust gas, in particular air enriched with water vapor and/or water, from the fuel cell arrangement (50), wherein the exhaust gas aftertreatment device (10) is designed as part of the exhaust gas tract (70). is. Drive device (100) according to claim 17, wherein the exhaust gas dehumidifier (12A) is designed as part of a humidifier device (12) for transferring the water vapor removed from the exhaust gas and / or the water removed from the exhaust gas from the exhaust gas tract into the intake tract.
19. Antriebsvorrichtung (100) nach Anspruch 18, wobei die Umschalteinrichtung (32, 34, 36, 38, 40) ausgebildet, in Abhängigkeit einer Partialdruckdifferenz des mittels der Befeuchtereinrichtung (12) übertragenen Wasserdampfs und/oder Wassers zwischen den Schaltkonfigurationen umzuschalten. 20. Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug, mit einer Antriebsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 15 bis 19 und/oder einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14. 19. Drive device (100) according to claim 18, wherein the switching device (32, 34, 36, 38, 40) is designed to switch between the switching configurations depending on a partial pressure difference of the water vapor and / or water transmitted by means of the humidifier device (12). 20. Motor vehicle, preferably commercial vehicle, with a drive device (100) according to one of claims 15 to 19 and / or an exhaust gas aftertreatment device (10) according to one of claims 1 to 14.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012011326A1 (en) * 2012-06-06 2013-12-12 Daimler Ag Fuel cell system for producing electrical drive power in e.g. passenger car, has duct element connecting exhaust air outlet of humidifier with environment, and valve devices adjusting duct elements as flow path for exhaust air from chamber
DE102020124754A1 (en) * 2019-10-11 2021-04-15 GM Global Technology Operations LLC FUEL CELL ARCHITECTURES, AFTER-TREATMENT SYSTEMS AND CONTROL LOGIC FOR SEWAGE REMOVAL

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016002862A1 (en) 2016-03-09 2017-09-14 Daimler Ag The fuel cell system
DE102021103449A1 (en) 2021-02-15 2022-08-18 Man Truck & Bus Se Evaporative cooling for a motor vehicle with a fuel cell drive

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012011326A1 (en) * 2012-06-06 2013-12-12 Daimler Ag Fuel cell system for producing electrical drive power in e.g. passenger car, has duct element connecting exhaust air outlet of humidifier with environment, and valve devices adjusting duct elements as flow path for exhaust air from chamber
DE102020124754A1 (en) * 2019-10-11 2021-04-15 GM Global Technology Operations LLC FUEL CELL ARCHITECTURES, AFTER-TREATMENT SYSTEMS AND CONTROL LOGIC FOR SEWAGE REMOVAL

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